RU2705212C2

RU2705212C2 - Laser leak detection system in the nuclear power reactor heat carrier circuit

Info

Publication number: RU2705212C2
Application number: RU2019107145A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Михайлович Глаговский; Сергей Константинович Манкевич; Леонид Дмитриевич Михеев; Евгений Прохорович Орлов; Владимир Степанович Руденко
Priority date: 2019-03-14
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2019-11-06
Also published as: RU2019107145A3; RU2019107145A

Abstract

FIELD: nuclear physics and equipment.

SUBSTANCE: invention relates to nuclear power engineering. Laser system for leak detection in nuclear power reactor heat carrier circuit comprises first and second laser generators, laser radiation meter, first measuring cell connected to first heat carrier circuit, two photoreceiving units, first controlled spectral filter, a first fiber-optic line with fiber adapters, two remote mirrors with control units, a processing and control unit, as well as four corner reflectors, four reflecting mirrors and six semitransparent mirrors, a second measuring cell connected to the second circuit of the heat carrier of the nuclear power reactor, a second fiber-optic line equipped with fiber adapters, three optical delay lines, a third photodetector unit, second and third controlled spectral filters, a unit of replaceable filters, two angle reflectors and five semitransparent mirrors.

EFFECT: invention allows rapid detection of heat carrier leakage from the heat carrier first circuit to the second heat carrier circuit.

6 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной энергетики и предназначено для оперативного обнаружения протечки теплоносителя из первого контура во второй контур теплоносителя водо-водяного энергетического ядерного реактора (ВВЭР). Изобретение предназначено для использования в составе аппаратуры реакторов типа ВВЭР-440, ВВЭР-1000.The invention relates to the field of nuclear energy and is intended for the rapid detection of coolant leakage from the first circuit into the second coolant circuit of a pressurized-water nuclear power reactor (WWER). The invention is intended for use in the equipment of reactors of the type VVER-440, VVER-1000.

Обеспечение безопасной работы ядерного реактора требует своевременного и надежного обнаружения аварийной ситуации. Одной из наиболее опасных аварийных ситуаций является возникновение протечки вещества теплоносителя из первого контура ВВЭР реактора во второй контур. Возникновение данной протечки характеризуется опасностью разгерметизации первого контура и возможностью радиационного поражения персонала АЭС. Поэтому раннее обнаружение протечки является актуальным и позволит избежать развития опасных аварийных ситуаций и их последствий. В настоящее время не существует эффективных средств и методик, позволяющих достоверно и быстро обнаруживать наличие протечки теплоносителя из первого контура во второй контур на ранних стадиях развития данной аварийной ситуации. Информация о протечке в контуре теплоносителя поступает только при индикации повышенной радиации в веществе теплоносителя второго контура, что свидетельствует о высоком уровне развития аварийной ситуации. Поэтому разработка эффективных методов раннего обнаружения протечки в контуре теплоносителя является актуальной.Ensuring the safe operation of a nuclear reactor requires timely and reliable detection of an emergency. One of the most dangerous emergency situations is the occurrence of leakage of coolant from the primary circuit of the WWER reactor to the secondary circuit. The occurrence of this leak is characterized by the danger of depressurization of the primary circuit and the possibility of radiation damage to NPP personnel. Therefore, early detection of leaks is relevant and will avoid the development of dangerous emergencies and their consequences. At present, there are no effective tools and techniques that can reliably and quickly detect the presence of coolant leakage from the primary circuit to the secondary circuit in the early stages of the development of this emergency. Information about leakage in the coolant circuit is received only when an indication of increased radiation in the coolant of the second circuit is indicated, which indicates a high level of development of the emergency. Therefore, the development of effective methods for early detection of leaks in the coolant circuit is relevant.

Известна система для обнаружения протечек по патенту РФ №2543942 (опубл. 10.03.2015) [1]. Система содержит модуль обнаружения протечек, четырехпроводный кабель, коммутаторы, конденсаторы, процессор обработки информации. Недостаток данной системы заключается в невозможности определения протечки внутри контура теплоносителя.A known system for detecting leaks according to the patent of the Russian Federation No. 2543942 (publ. 10.03.2015) [1]. The system contains a leak detection module, a four-wire cable, switches, capacitors, an information processing processor. The disadvantage of this system is the inability to determine leakage inside the coolant circuit.

Известно устройство для контроля герметичности по патенту РФ №2417357 (опубл. 27.04.2011) [2]. Данное устройство обеспечивает контроль герметичности трубопроводов с жидким натрием, нарушение герметичности которых сопровождается появлением водорода. Устройство предназначено для использования в АЭС с натриевым теплоносителем и не может быть применено в ядерных реакторах с водным теплоносителем.A device for monitoring the tightness of the patent of the Russian Federation No. 2417357 (publ. 27.04.2011) [2]. This device provides control of the tightness of pipelines with liquid sodium, the violation of the tightness of which is accompanied by the appearance of hydrogen. The device is intended for use in nuclear power plants with sodium coolant and cannot be used in nuclear reactors with a water coolant.

Известна система мониторинга протечек бассейна выдержки атомной электростанции по патенту РФ №2589726 (опубл. 10.07.2016) [3]. Система содержит датчик расхода воды, устройство очистки, датчик уровня жидкости, датчики влажности и температуры. К недостаткам данной системы следует отнести низкую точность, большой объем минимального уровня определения протечки и невозможность обнаружения протечки внутри трубопровода теплоносителя.A known system for monitoring leaks in the pool of exposure of a nuclear power plant according to the patent of the Russian Federation No. 2589726 (publ. 07/10/2016) [3]. The system includes a water flow sensor, a cleaning device, a liquid level sensor, humidity and temperature sensors. The disadvantages of this system include low accuracy, a large volume of the minimum level of leak detection and the inability to detect leaks inside the coolant pipe.

Известно устройство обнаружения утечки и покрытие элемента транспортировки текучей среды по патенту РФ №2575948 (опубл. 27.02.2016) [4]. Устройство содержит проводящий трубопровод, покрытый изоляционным материалом с дополнительным верхним проводящим слоем. Данное устройство обеспечивает обнаружение внешней протечки из трубопровода и предназначено для трубопроводов с жидким металлическим теплоносителем. Использование данного устройства в водных ядерных реакторах невозможно.A device for detecting leaks and coating the element for transporting a fluid according to the patent of the Russian Federation No. 2575948 (publ. 02.27.2016) [4]. The device comprises a conductive pipeline coated with an insulating material with an additional upper conductive layer. This device provides detection of external leakage from the pipeline and is intended for pipelines with a liquid metal coolant. The use of this device in aqueous nuclear reactors is not possible.

Известна система определения течи теплоносителя в помещениях АЭС по патенту РФ на полезную модель №111709 (опубл. 20.12.2011) [5]. Система содержит линию отбора проб воздушной среды, охладитель, влагоотделитель, линию отвода конденсата, датчики влажности и температуры. К недостаткам системы следует отнести низкую точность и большой объем минимально обнаруживаемой протечки. Система обеспечивает обнаружение только внешней протечки теплоносителя непосредственно в помещение АЭС.A known system for determining the coolant leak in the premises of a nuclear power plant according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 11117 (publ. 12/20/2011) [5]. The system contains an air sampling line, a cooler, a water separator, a condensate drain line, humidity and temperature sensors. The disadvantages of the system include low accuracy and a large amount of minimally detectable leakage. The system provides detection of only external coolant leakage directly to the premises of the nuclear power plant.

Таким образом, в настоящее время не существует методов и технических средств, обеспечивающих обнаружение протечки теплоносителя непосредственно из первого контура во второй контур теплоносителя, содержащий парогенераторы, обеспечивающие передачу тепловой энергии к паровым турбинам, связанным с электрогенераторами. Особенность данного вида протечки заключается в том, что нарушение герметизации первого контура ядерного реактора происходит внутри второго контура, в который попадает определенное количество вещества теплоносителя из первого контура ядерного реактора. При этом в помещениях АЭС никакой протечки не наблюдается, так как вещество теплоносителя из первого контура поступает только во второй контур и в очень малых количествах. Поэтому на ранних стадиях развития данной аварийной технической ситуации обнаружение протечки современными известными средствами невозможно. Для эффективного решения данной проблемы и обнаружения протечки теплоносителя из первого во второй контур необходимо обеспечить высокоточное и оперативное измерение параметров теплоносителя во втором контуре ядерного реактора.Thus, at present, there are no methods and technical means for detecting coolant leakage directly from the first circuit to the second coolant circuit, containing steam generators that transfer heat energy to steam turbines associated with electric generators. The peculiarity of this type of leakage is that the sealing failure of the first loop of the nuclear reactor occurs inside the second loop, into which a certain amount of coolant from the first loop of the nuclear reactor enters. At the same time, no leakage is observed in the premises of the nuclear power plant, since the coolant substance from the first circuit enters only the second circuit and in very small quantities. Therefore, in the early stages of development of this emergency technical situation, leak detection by modern known means is impossible. To effectively solve this problem and detect coolant leakage from the first to the second circuit, it is necessary to provide high-precision and operational measurement of the coolant parameters in the second circuit of a nuclear reactor.

Наиболее адекватным методом решения проблемы измерения параметров водного теплоносителя непосредственно внутри второго контура теплоносителя ядерного реактора является оптический метод измерения характеристик теплоносителя, предложенный авторами в работах [6], [7] и реализованный в системах измерения по патентам РФ №2594364 (опубл. 20.08.2016) [8] и №2606369 (опубл. 10.01.2017) [9]. В указанных системах осуществляется просвечивание теплоносителя зондирующим лазерным излучением и измерение характеристик излучения, прошедшего через слой теплоносителя. Измерение параметров прошедшего через теплоноситель зондирующего лазерного излучения позволяет обеспечить оперативный контроль концентрации борной кислоты в составе теплоносителя. Указанные системы измерения предназначены для работы в условиях ядерного реактора при наличии радиоактивности, высоких температур и давления. Возможность работы в условиях ядерного реактора обеспечивается выносом измерительной аппаратуры из зоны реактора, в которой размещен лишь оптический измерительный блок, соединенный волоконной линией с измерительной аппаратурой.The most appropriate method for solving the problem of measuring the parameters of the water coolant directly inside the second circuit of the coolant of a nuclear reactor is the optical method for measuring the characteristics of the coolant, proposed by the authors in [6], [7] and implemented in measurement systems according to RF patents No. 2594364 (published on 08.20.2016 ) [8] and No. 26066369 (publ. 01/10/2017) [9]. In these systems, the coolant is transmitted through the probe laser radiation and the characteristics of the radiation transmitted through the coolant layer are measured. The measurement of the parameters of the probe laser radiation transmitted through the coolant makes it possible to provide operational control of the concentration of boric acid in the coolant. These measurement systems are designed to operate in a nuclear reactor in the presence of radioactivity, high temperatures and pressure. The ability to work in a nuclear reactor is provided by the removal of measuring equipment from the reactor zone, in which only an optical measuring unit is placed, connected by a fiber line to the measuring equipment.

В качестве ближайшего аналога выбрана наиболее близкая по технической реализации система измерения по патенту РФ №2606369 [9]. Эта система измерения содержит первый и второй лазерные генераторы, измерительную и эталонную кюветы, фотоприемный блок, измерители лазерного излучения на основе фотоприемных блоков, оптический модулятор, выполняющий функцию управляемого оптического спектрального фильтра, адаптеры волокна, волоконно-оптическую линию, блоки обработки информации и управления, два оптических переключателя на основе выносных зеркал, уголковые оптические отражатели, полупрозрачные и отражательные зеркала, оптические ослабители. К недостаткам данной измерительной системы следует отнести отсутствие измерения параметров теплоносителя во втором контуре ядерного реактора, что не позволяет оперативно обнаруживать протечки теплоносителя из первого во второй контур теплоносителя.As the closest analogue, the measurement system closest in technical implementation to the patent of the Russian Federation No. 26066369 [9] was selected. This measurement system contains the first and second laser generators, a measuring and reference cuvette, a photodetector unit, laser radiation meters based on photodetector units, an optical modulator that performs the function of a controlled optical spectral filter, fiber adapters, a fiber optic line, information processing and control units, two optical switches based on remote mirrors, corner optical reflectors, translucent and reflective mirrors, optical attenuators. The disadvantages of this measuring system include the lack of measurement of the parameters of the coolant in the second circuit of the nuclear reactor, which does not allow to quickly detect leaks of the coolant from the first to the second coolant circuit.

Целью предлагаемого изобретения является решение проблемы обнаружения протечек теплоносителя из первого контура теплоносителя во второй контур водо-водяного ядерного энергетического реактора на ранних стадиях развития аварийной ситуации данного типа.The aim of the invention is to solve the problem of detecting coolant leaks from the first coolant circuit to the second circuit of a pressurized water nuclear power reactor in the early stages of an emergency of this type.

Решение поставленной технической задачи осуществляется в предлагаемом изобретении путем высокоточного определения параметров теплоносителя одновременно в первом и во втором контурах ядерного реактора. Непрерывный мониторинг параметров теплоносителя позволяет обеспечить обнаружение протечек теплоносителя на ранних стадиях развития данной аварийной ситуации, когда ее признаки проявляются в весьма малых изменениях параметров теплоносителя.The solution of the technical problem is carried out in the present invention by high-precision determination of the parameters of the coolant simultaneously in the first and second circuits of a nuclear reactor. Continuous monitoring of the coolant parameters allows the detection of coolant leaks at the early stages of development of this emergency situation, when its signs are manifested in very small changes in the coolant parameters.

Достигаемым новым техническим результатом является обеспечение оперативного обнаружения протечки теплоносителя из первого контура теплоносителя во второй контур теплоносителя водного ядерного энергетического реактора и высокоточное определение величины обнаруженной протечки в непрерывном и оперативном режиме реального времени, повышение чувствительности и точности измерения уровня протечки теплоносителя.Achievable new technical result is the provision of on-line detection of coolant leakage from the first coolant circuit to the second coolant circuit of an aqueous nuclear power reactor and high-precision determination of the detected leakage value in continuous and operational real-time mode, increasing the sensitivity and accuracy of measuring the coolant leakage level.

Поставленная задача достигается следующим.The task is achieved as follows.

1. В лазерной системе для обнаружения протечки в контуре теплоносителя ядерного энергетического реактора, содержащей первый и второй лазерные генераторы, измеритель лазерного излучения, первую измерительную кювету, подсоединенную к первому контуру теплоносителя ядерного энергетического реактора, два фотоприемных блока, первый управляемый спектральный фильтр, первую волоконно-оптическую линию с адаптерами волокна, два выносных зеркала с блоками управления, блок обработки и управления, а также четыре уголковых отражателя, четыре отражательных зеркала и шесть полупрозрачных зеркал, при этом первая измерительная кювета установлена на первой оптической оси между первым и вторым уголковыми отражателями, оптический вход первой измерительной кюветы посредством первой волоконно-оптической линии, первого полупрозрачного зеркала и второго отражательного зеркала оптически связан с выходами лазерных генераторов и с оптическим входом первого управляемого спектрального фильтра посредством четвертого полупрозрачного зеркала и четвертого отражательного зеркала, оптический выход первого управляемого спектрального фильтра связан с оптическим входом первого фотоприемного блока, выходы первого и второго фотоприемных блоков подключены к блоку обработки и управления, оптический вход измерителя лазерного излучения оптически связан с выходами первого и второго лазерных генераторов посредством первого и второго полупрозрачных зеркал и второго отражательного зеркала, управляющие входы лазерных генераторов, измерителя лазерного излучения, первого управляемого спектрального фильтра и блоков управления выносными зеркалами подключены к блоку обработки и управления, введены вторая измерительная кювета, подключенная ко второму контуру теплоносителя ядерного энергетического реактора, вторая волоконно-оптическая линия, снабженная адаптерами волокна, три оптических линии задержки, третий фотоприемный блок, второй и третий управляемые спектральные фильтры, блок сменных фильтров, два уголковых отражателя и пять полупрозрачных зеркал, при этом первая оптическая линия задержки установлена на первой оптической оси между оптическим выходом первой измерительной кюветы и вторым уголковым отражателем, на второй оптической оси последовательно установлены оптически связанные третий уголковый отражатель, шестое полупрозрачное зеркало, вторая измерительная кювета, вторая оптическая линия задержки и четвертый уголковый отражатель, на третьей оптической оси последовательно установлены пятый уголковый отражатель, восьмое полупрозрачное зеркало, блок сменных фильтров, третья оптическая линия задержки и шестой уголковый отражатель, оптический вход блока сменных фильтров оптически связан посредством восьмого полупрозрачного зеркала с оптическим входом третьего управляемого спектрального фильтра, а также дополнительно связан с выходами лазерных генераторов посредством восьмого и одиннадцатого полупрозрачных зеркал, первого и третьего отражательных зеркал, третьего и первого полупрозрачных зеркал и второго отражательного зеркала, оптический вход второй измерительной кюветы оптически связан с оптическим входом второго управляемого спектрального фильтра посредством шестого полупрозрачного зеркала и второй волоконно-оптической линии, оптический вход которой дополнительно связан с выходами лазерных генераторов посредством седьмого полупрозрачного зеркала, первого и третьего отражательных зеркал, третьего и первого полупрозрачных зеркал и второго отражательного зеркала, оптические выходы второго и третьего управляемых спектральных фильтров оптически связаны с оптическими входами соответственно второго и третьего фотоприемных блоков, оптический вход блока сменных фильтров оптически связан с оптическим входом первого управляемого спектрального фильтра посредством восьмого и десятого полупрозрачных зеркал и первого выносного зеркала во введенном состоянии, а также дополнительно связан с оптическим входом второго управляемого спектрального фильтра посредством восьмого и девятого полупрозрачных зеркал и второго выносного зеркала во введенном состоянии, управляющие входы второго и третьего управляемых спектральных фильтров подключены к блоку обработки и управления, выход третьего фотоприемного блока и управляющий вход блока сменных фильтров подключены к блоку обработки и управления.1. In a laser system for detecting leaks in the coolant circuit of a nuclear power reactor containing the first and second laser generators, a laser radiation meter, a first measuring cell connected to the first coolant circuit of a nuclear power reactor, two photodetector units, a first controllable spectral filter, a first fiber - an optical line with fiber adapters, two remote mirrors with control units, a processing and control unit, as well as four corner reflectors, four reflectors optical mirrors and six translucent mirrors, with the first measuring cuvette mounted on the first optical axis between the first and second corner reflectors, the optical input of the first measuring cuvette is optically connected to the outputs of laser generators and the first translucent mirror and the second reflective mirror and with the optical input of the first controllable spectral filter by means of a fourth translucent mirror and a fourth reflective mirror, optically the output of the first controllable spectral filter is connected to the optical input of the first photodetector unit, the outputs of the first and second photodetector units are connected to the processing and control unit, the optical input of the laser radiation meter is optically connected to the outputs of the first and second laser generators by means of the first and second translucent mirrors and the second reflective mirror , control inputs of laser generators, laser radiation meter, first controllable spectral filter and remote control units mirrors connected to a processing and control unit, introduced a second measuring cell connected to the second coolant circuit of a nuclear power reactor, a second fiber-optic line equipped with fiber adapters, three optical delay lines, a third photodetector block, a second and third controlled spectral filters, a block replaceable filters, two corner reflectors and five translucent mirrors, while the first optical delay line is installed on the first optical axis between the optical output of the first a measuring cuvette and a second angular reflector, optically coupled a third angular reflector, a sixth translucent mirror, a second measuring cell, a second optical delay line and a fourth angular reflector, and a fifth angular reflector, an eighth translucent mirror are sequentially mounted on the third optical axis, filter cartridge, third optical delay line and sixth corner reflector, optical input of filter cartridge optically with it is connected by means of the eighth translucent mirror with the optical input of the third controllable spectral filter, and is also additionally connected to the outputs of the laser generators through the eighth and eleventh translucent mirrors, the first and third reflective mirrors, the third and first translucent mirrors and the second reflective mirror, the optical input of the second measuring cell is optically connected to the optical input of the second controlled spectral filter by means of a sixth translucent mirror and a second a window-optical line, the optical input of which is additionally connected to the outputs of the laser generators through the seventh translucent mirror, the first and third reflective mirrors, the third and first translucent mirrors and the second reflective mirror, the optical outputs of the second and third controllable spectral filters are optically coupled to the optical inputs of the second and the third photodetector blocks, the optical input of the replaceable filter unit is optically coupled to the optical input of the first controlled spectrum filter through the eighth and tenth translucent mirrors and the first remote mirror in the entered state, and is additionally connected to the optical input of the second controlled spectral filter through the eighth and ninth translucent mirrors and the second remote mirror in the entered state, the control inputs of the second and third controlled spectral filters are connected to the processing and control unit, the output of the third photodetector unit and the control input of the replaceable filter unit are connected to the image processing unit boots and management.

2. В системе по п. 1 оптические линии задержки могут быть выполнены на основе оптически последовательно связанных входного адаптера волокна, волоконно-оптической линии и выходного адаптера волокна.2. In the system of claim 1, the optical delay lines can be made based on optically serially coupled input fiber adapter, fiber optic line and output fiber adapter.

3. В системе по п. 1 блок сменных фильтров может быть выполнен на основе дискового держателя оптических фильтров и шагового электродвигателя, управляющий вход которого подключен к блоку обработки и управления.3. In the system of claim 1, the block of replaceable filters can be made on the basis of a disk holder of optical filters and a stepper motor, the control input of which is connected to the processing and control unit.

4. В системе по п. 1 каждый управляемый спектральный фильтр может быть выполнен на основе акустооптической ячейки, предназначенной для возбуждения акустических волн, взаимодействующих с проходящим через ячейку лазерным излучением.4. In the system of claim 1, each controllable spectral filter can be made on the basis of an acousto-optic cell designed to excite acoustic waves interacting with laser radiation passing through the cell.

5. В системе по п. 1 первый лазерный генератор может быть выполнен для генерации лазерного излучения в ультрафиолетовом диапазоне длин волн.5. In the system of claim 1, the first laser generator may be configured to generate laser radiation in the ultraviolet wavelength range.

6. В системе по п. 1 первый и второй лазерные генераторы могут быть выполнены с возможностью перестройки длины волны генерируемого лазерного излучения.6. In the system of claim 1, the first and second laser generators can be configured to tune the wavelength of the generated laser radiation.

На фиг. 1 представлена блок-схема лазерной системы обнаружения протечек теплоносителя в контуре водо-водяного энергетического ядерного реактора. Цифрами на блок-схеме обозначены следующие элементы.In FIG. 1 shows a block diagram of a laser system for detecting coolant leaks in the circuit of a pressurized water nuclear power reactor. The numbers on the block diagram indicate the following elements.

1. Первый лазерный генератор.1. The first laser generator.

2. Второй лазерный генератор.2. The second laser generator.

3. Измеритель лазерного излучения.3. Laser meter.

4. Первая измерительная кювета.4. The first measuring cell.

5. Первая волоконно-оптическая линия с адаптерами 6 и 7 волокна.5. The first fiber optic line with adapters 6 and 7 fibers.

8. Первый фотоприемный блок.8. The first photodetector unit.

9. Второй фотоприемный блок.9. The second photodetector unit.

10. Первый управляемый спектральный фильтр.10. The first controllable spectral filter.

11. Первое выносное зеркало.11. The first remote mirror.

12. Первый блок 12 управления.12. The first control unit 12.

13. Второе выносное зеркало.13. The second remote mirror.

14. Второй блок 14 управления.14. The second control unit 14.

15. Блок обработки и управления.15. Processing and control unit.

16-19. Первый-четвертый уголковые отражатели, соответственно.16-19. The first to fourth corner reflectors, respectively.

20. Первое отражательное зеркало.20. The first reflective mirror.

53-55. Второе-четвертое отражательные зеркала, соответственно.53-55. The second and fourth reflective mirrors, respectively.

21-26. Первое-шестое полупрозрачные зеркала, соответственно.21-26. The first to sixth translucent mirrors, respectively.

Далее на блок-схеме фиг. 1 представлены вновь введенные элементы.Next, in the block diagram of FIG. 1 shows newly introduced elements.

27. Вторая измерительная кювета.27. The second measuring cell.

28. Вторая волоконно-оптическая линия с адаптерами 29 и 30 волокна.28. The second fiber optic line with adapters 29 and 30 fibers.

31. Блок сменных фильтров.31. Block of replaceable filters.

32. Третий фотоприемный блок.32. The third photodetector unit.

33. Второй управляемый спектральный фильтр.33. The second controlled spectral filter.

34. Третий управляемый спектральный фильтр.34. Third controllable spectral filter.

35 и 36. Пятый и шестой уголковые отражатели.35 and 36. The fifth and sixth corner reflectors.

37. Первая оптическая линия задержки, содержащая волоконно-оптическую линию 38, снабженную адаптерами 39 и 40 волокна.37. A first optical delay line comprising a fiber optic line 38 provided with fiber adapters 39 and 40.

41. Вторая оптическая линия задержки, содержащая волоконно-оптическую линию 42 с адаптерами 43 и 44 волокна.41. A second optical delay line comprising a fiber optic line 42 with fiber adapters 43 and 44.

45. Третья оптическая линия задержки, содержащая волоконно-оптическую линию 46, снабженную адаптерами 47 и 48 волокна.45. A third optical delay line comprising a fiber optic line 46 provided with fiber adapters 47 and 48.

49-52. Седьмое-десятое полупрозрачные зеркала, соответственно.49-52. Seventh to tenth translucent mirrors, respectively.

56. Одиннадцатое полупрозрачное зеркало.56. The eleventh translucent mirror.

57 и 58. Положения выносных зеркал 13 и 11 соответственно во введенном состоянии. На фиг. 1 выносные зеркала 13 и 11 показаны в выведенном (в нерабочем) состоянии, в котором они не оказывают влияния на прохождение оптических сигналов.57 and 58. The position of the remote mirrors 13 and 11, respectively, in the entered state. In FIG. 1, the external mirrors 13 and 11 are shown in an output (inoperative) state in which they do not affect the passage of optical signals.

59, 60, 61 и 62. Патрубки, соединяющие измерительные кюветы с первым и вторым контурами теплоносителя, соответственно.59, 60, 61 and 62. Pipes connecting the measuring cuvettes with the first and second coolant circuits, respectively.

На фиг. 2 представлена схема подключения первой и второй измерительных кювет к первому и второму контурам теплоносителя.In FIG. 2 shows a diagram of the connection of the first and second measuring cells to the first and second coolant circuits.

63. Трубопровод первого контура теплоносителя ядерного реактора.63. Pipeline of the primary coolant of a nuclear reactor.

64. Байпас - ответвляющий трубопровод.64. Bypass - branch pipeline.

65, 66. Управляемые вентили.65, 66. Controlled valves.

67. Трубопровод второго контура теплоносителя ядерного реактора.67. The pipeline of the second coolant circuit of a nuclear reactor.

68, 69. Байпас.68, 69. Bypass.

70, 71. Управляемые вентили.70, 71. Controlled valves.

На фиг. 3 представлена схема блока 31 сменных фильтров (на фиг. 1).In FIG. 3 is a diagram of a block 31 of replaceable filters (in FIG. 1).

72. Диск - держатель оптических фильтров.72. A disk - the holder of optical filters.

73. Оптические фильтры.73. Optical filters.

74. Шаговый электродвигатель с цифровым управлением.74. Stepping motor with digital control.

На фиг. 4 представлена схема подключения первой измерительной кюветы 4 к первому контуру теплоносителя ядерного реактора без использования врезки в контур теплоносителя. Подключение измерительной кюветы здесь осуществляется через устройство 76 отбора пробы из контура теплоносителя. Данное устройство имеется в составе аппаратуры ядерного реактора. Цифрами здесь обозначены следующие элементы.In FIG. 4 shows a diagram of the connection of the first measuring cell 4 to the first coolant circuit of a nuclear reactor without using an insert in the coolant circuit. The connection of the measuring cell here is carried out through the device 76 sampling from the coolant circuit. This device is part of the equipment of a nuclear reactor. The numbers indicate the following elements.

75. Трубопровод первого контура теплоносителя ядерного реактора.75. Pipeline of the primary coolant of a nuclear reactor.

76. Устройство отбора пробы из первого контура теплоносителя ядерного реактора.76. A device for sampling from the primary coolant of a nuclear reactor.

77, 78. Управляемые вентили.77, 78. Controlled valves.

79. Сливной управляемый вентиль.79. Drain operated valve.

80. Контейнер для сбора отработанного вещества теплоносителя. Остальные элементы соответствуют фиг. 1.80. A container for collecting waste coolant substance. The remaining elements correspond to FIG. one.

На фиг. 5 представлена схема подключения второй измерительной кюветы 27 ко второму контуру теплоносителя посредством устройства 82 отбора пробы.In FIG. 5 shows a connection diagram of a second measuring cell 27 to a second coolant circuit by means of a sampling device 82.

81. Трубопровод второго контура теплоносителя ядерного реактора.81. The pipeline of the second coolant circuit of a nuclear reactor.

82. Устройство отбора пробы из второго контура теплоносителя ядерного реактора.82. A device for sampling from a second coolant circuit of a nuclear reactor.

83, 84. Управляемые вентили.83, 84. Controlled valves.

85. Сливной управляемый вентиль.85. The drain operated valve.

86. Контейнер для сбора отработанного вещества теплоносителя.86. A container for collecting waste coolant.

На фиг. 6 и фиг. 7 представлены результаты моделирования работы лазерной измерительной системы при проведении измерений с различными уровнями концентрации борной кислоты. Измерения представлены в виде последовательности регистрируемых обратных импульсов лазерного излучения при различных уровнях концентрации С борной кислоты в составе теплоносителя в контуре охлаждения ядерного реактора. На фиг. 6 концентрация борной кислоты составляет С=0,2 миллиграмм на литр вещества теплоносителя. На фиг. 7 концентрация борной кислоты С=0,05 мг/л.In FIG. 6 and FIG. Figure 7 presents the results of modeling the operation of a laser measuring system during measurements with various levels of boric acid concentration. The measurements are presented in the form of a sequence of recorded reverse pulses of laser radiation at various levels of boric acid concentration C in the composition of the coolant in the cooling circuit of a nuclear reactor. In FIG. 6, the concentration of boric acid is C = 0.2 milligrams per liter of coolant. In FIG. 7 concentration of boric acid C = 0.05 mg / L.

Принцип действия лазерной системы обнаружения протечек в контуре теплоносителя (далее лазерная измерительная система) заключается в следующем.The principle of operation of the laser system for detecting leaks in the coolant circuit (hereinafter laser measuring system) is as follows.

Лазерная измерительная система осуществляет непрерывное автоматическое измерение концентрации борной кислоты в теплоносителе в первом контуре ядерного реактора и одновременно измерение концентрации борной кислоты в теплоносителе во втором контуре ядерного реактора типа ВВЭР. Для этого в составе системы имеются две измерительные кюветы 4 и 27. При этом первая измерительная кювета 4 подключена посредством патрубков к первому контуру теплоносителя ядерного реактора, а вторая измерительная кювета 27 подключена посредством патрубков ко второму контуру теплоносителя того же ядерного реактора. В ядерных реакторах типа ВВЭР в первом контуре теплоноситель проходит через рабочую зону реактора и обеспечивает охлаждение и тепловой съем энергии непосредственно с тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ).The laser measuring system performs continuous automatic measurement of the concentration of boric acid in the coolant in the first circuit of a nuclear reactor and simultaneously measures the concentration of boric acid in the coolant in the second circuit of a VVER type nuclear reactor. To this end, the system has two measuring cuvettes 4 and 27. In this case, the first measuring cuvette 4 is connected via nozzles to the first coolant circuit of a nuclear reactor, and the second measuring cell 27 is connected by means of nozzles to a second coolant circuit of the same nuclear reactor. In VVER-type nuclear reactors in the primary circuit, the coolant passes through the working zone of the reactor and provides cooling and thermal removal of energy directly from the fuel elements (TVEL).

Для управления работой реактора и обеспечения устойчивого режима работы в водный теплоноситель первого контура вводится определенное количество борной кислоты. Использование борной кислоты обусловлено наличием в ее составе элемента бора (В¹⁰), обладающего высокой эффективностью поглощения нейтронов, образующихся в ядерном реакторе в процессе его функционирования. На начальном периоде работы реактора концентрация борной кислоты составляет примерно 7 грамм на литр вещества теплоносителя. По мере работы ядерного реактора происходит уменьшение концентрации борной кислоты по мере выгорания ядерного топлива. При этом уровень концентрации борной кислоты в первом контуре ядерного реактора непрерывно измеряется различными методами и корректируется путем добавления определенного количества борной кислоты в первый контур теплоносителя с помощью специальных устройств. Второй контур в реакторах ВВЭР обеспечивает передачу тепловой энергии от первого контура к паровым турбинам, связанным с электрогенераторами. Основным элементом второго контура является парогенератор, обеспечивающий непосредственный тепловой обмен между теплоносителями первого и второго контура. При этом в водном теплоносителе второго контура борная кислота отсутствует и в нормальном режиме работы ядерного реактора ее концентрация во втором контуре равна нулю.To control the operation of the reactor and ensure a stable mode of operation, a certain amount of boric acid is introduced into the aqueous coolant of the primary circuit. The use of boric acid is due to the presence of a boron element (B ¹⁰ ) in its composition, which has high absorption efficiency for neutrons generated in a nuclear reactor during its operation. In the initial period of operation of the reactor, the concentration of boric acid is approximately 7 grams per liter of coolant. As the nuclear reactor operates, the concentration of boric acid decreases as nuclear fuel burns out. In this case, the concentration level of boric acid in the primary circuit of the nuclear reactor is continuously measured by various methods and is adjusted by adding a certain amount of boric acid to the primary coolant circuit using special devices. The second circuit in VVER reactors provides the transfer of thermal energy from the first circuit to steam turbines associated with electric generators. The main element of the second circuit is a steam generator that provides direct heat exchange between the coolants of the first and second circuit. In this case, boric acid is absent in the aqueous coolant of the second circuit, and in the normal operation of the nuclear reactor its concentration in the second circuit is zero.

При нарушении герметичности первого контура во второй контур попадает теплоноситель из первого контура реактора с растворенной в нем борной кислотой. На начальной стадии разгерметизации первого контура концентрация борной кислоты во втором контуре весьма мала. Для своевременного обнаружения протечки необходимо измерение малых уровней концентрации борной кислоты во втором контуре теплоносителя на уровне долей миллиграмм на литр вещества теплоносителя.In the event of a leak in the first circuit, the coolant from the first circuit of the reactor with boric acid dissolved in it enters the second circuit. At the initial stage of depressurization of the first circuit, the concentration of boric acid in the second circuit is very small. For timely leak detection, it is necessary to measure small levels of boric acid concentration in the second coolant circuit at the level of fractions of milligrams per liter of coolant substance.

В предлагаемой лазерной измерительной системе осуществляется непрерывное измерение концентрации борной кислоты одновременно в первом и во втором контуре теплоносителя реактора типа ВВЭР. На основании сравнения измеренных величин концентрации борной кислоты в первом и втором контурах теплоносителя определяется уровень протечки вещества теплоносителя из первого во второй контур, который равен величине объема вещества теплоносителя из первого контура, прошедшего во второй контур к моменту времени измерения концентрации борной кислоты во втором контуре теплоносителя ядерного реактора. Как указано выше, первая и вторая измерительные кюветы обеспечивают измерение концентрации борной кислоты, соответственно, в первом и во втором контурах теплоносителя ядерного реактора. Измерение концентрации борной кислоты осуществляется модифицированным абсорбционно-спектральным методом, изложенным авторами в ближайшем аналоге [5].In the proposed laser measuring system, a continuous measurement of the concentration of boric acid is carried out simultaneously in the first and second circuit of the coolant of the WWER reactor. Based on a comparison of the measured values of the concentration of boric acid in the first and second coolant circuits, the level of leakage of the coolant substance from the first to the second circuit is determined, which is equal to the volume of the coolant substance from the first circuit that passed to the second circuit by the time the boric acid concentration in the second coolant was measured nuclear reactor. As indicated above, the first and second measuring cuvettes measure the concentration of boric acid, respectively, in the first and second circuits of the coolant of a nuclear reactor. The concentration of boric acid is measured by a modified absorption spectral method described by the authors in the closest analogue [5].

Абсорбционно-спектральный метод основан на определении величины поглощения оптического излучения определенной длины волны при его прохождении через исследуемое вещество - теплоноситель в контуре ядерного реактора. При использовании данного метода, называемого также фотометрическим методом, осуществляется измерение величины уровня лазерного излучения I₀ соответствующей длины волны, поступающего на оптический вход измерительной кюветы 4 (фиг. 1), а также измерение уровня величины лазерного излучения I, прошедшего через измерительную кювету 4. После измерения и регистрации двух указанных величин лазерного излучения величина концентрации С борной кислоты в составе теплоносителя определяется по следующей формуле:The absorption-spectral method is based on the determination of the absorption of optical radiation of a certain wavelength when it passes through the test substance - the coolant in the circuit of a nuclear reactor. When using this method, also called the photometric method, a measurement is made of the level of laser radiation I _{0 of the} corresponding wavelength supplied to the optical input of the measuring cell 4 (Fig. 1), as well as measuring the level of the amount of laser radiation I passed through the measuring cell 4. After measuring and recording the two indicated values of laser radiation, the concentration C of boric acid in the composition of the coolant is determined by the following formula:

где V - величина, на которую уменьшается световой поток при прохождении слоя исследуемого вещества с толщиной (длиной) L:V=I₀-I; К - коэффициент экстинкции борной кислоты (параметр, характеризующий способность борной кислоты поглощать оптическое излучение определенной длины волны). Размерность К - л/г см. Размерность С - г/л. Параметр L является длиной измерительной кюветы.where V is the value by which the light flux decreases when passing through the layer of the investigated substance with a thickness (length) L: V = I ₀ -I; K is the extinction coefficient of boric acid (a parameter characterizing the ability of boric acid to absorb optical radiation of a certain wavelength). Dimension K - l / g cm. Dimension C - g / l. Parameter L is the length of the measuring cell.

Формула (1) является основной для определения концентрации С вещества в абсорбционно-спектральном методе и хорошо известна в технической литературе. В предлагаемой лазерной измерительной системе данное соотношение используется для измерения сравнительно больших и средних концентраций борной кислоты в составе первого контура теплоносителя ядерного реактора - в пределах от десятков грамм на литр в начале кампании ядерного реактора, до десятков миллиграмм на литр объема вещества теплоносителя в середине и конце кампании ядерного реактора. Для измерения малых концентраций порядка десятых долей миллиграмм на литр (мг/л) в первом контуре теплоносителя и во втором контуре теплоносителя с помощью второй измерительной кюветы 27, включенной в этот контур, используется специальный режим измерений. Данный специальный режим измерений является модифицированным абсорбционным методом измерений и характеризуется многократным прохождением лазерного измерительного зондирующего импульса через исследуемый теплоноситель в первом и во втором контурах теплоносителя ядерного реактора. При этом при каждом очередном цикле прохождения зондирующего лазерного импульса через слой теплоносителя осуществляется измерение уровня интенсивности I этого импульса, прошедшего через измерительную кювету N раз, с помощью соответствующего фотоприемного блока. Измерение концентрации борной кислоты осуществляется на основе сравнения амплитуды импульса зондирующего лазерного излучения I(N), прошедшего через измерительную кювету N раз, с амплитудой исходного первоначального импульса лазерного излучения I₀ на входе измерительной кюветы. Формула для определения концентрации борной кислоты С в составе теплоносителя на основе амплитуды I(N) N-го импульса зондирующего лазерного излучения приобретает следующий вид:Formula (1) is the main one for determining the concentration C of a substance in the absorption spectral method and is well known in the technical literature. In the proposed laser measuring system, this ratio is used to measure relatively large and medium concentrations of boric acid in the composition of the primary coolant of a nuclear reactor - ranging from tens of grams per liter at the beginning of a nuclear reactor campaign to tens of milligrams per liter of volume of coolant in the middle and end nuclear reactor campaigns. To measure small concentrations of the order of tenths of a milligram per liter (mg / l) in the first coolant circuit and in the second coolant circuit using the second measuring cell 27 included in this circuit, a special measurement mode is used. This special measurement mode is a modified absorption measurement method and is characterized by multiple passage of the laser measuring probe pulse through the studied coolant in the first and second coolant circuits of a nuclear reactor. In this case, at each next cycle of the probe laser pulse passing through the coolant layer, the intensity level I of this pulse, which passed through the measuring cell N times, is measured using the corresponding photodetector unit. The concentration of boric acid is measured by comparing the amplitude of the probe laser pulse I (N) transmitted through the measuring cell N times with the amplitude of the initial initial laser pulse I ₀ at the input of the measuring cell. The formula for determining the concentration of boric acid C in the composition of the coolant based on the amplitude I (N) of the N-th pulse of the probe laser radiation takes the following form:

Здесь в качестве величины I следует подставлять значение величины измеренного импульса зондирующего лазерного излучения с номером N:I=I(N). Измерение амплитуды данного импульса осуществляет соответствующий фотоприемный блок. Как следует из формулы (2), чувствительность лазерной системы измерений возросла в N раз, что обусловлено увеличением в N раз длины пути прохождения зондирующего импульса лазерного излучения через исследуемое вещество теплоносителя. Это позволяет обеспечить измерение во втором контуре теплоносителя весьма малых концентраций борной кислоты порядка долей миллиграмма на литр, образующихся при возникновении протечки вещества теплоносителя из первого контура во второй контур теплоносителя при возникновении аварийной ситуации.Here, as the value of I, we should substitute the value of the value of the measured pulse of the probe laser radiation with the number N: I = I (N). The amplitude of a given pulse is measured by the corresponding photodetector block. As follows from formula (2), the sensitivity of the laser measurement system increased N times, due to an increase in N times the length of the path of the probe pulse of laser radiation through the studied substance of the coolant. This allows the measurement in the second coolant circuit of very low concentrations of boric acid of the order of fractions of a milligram per liter, formed when a leak of coolant material from the first circuit to the second coolant circuit occurs in the event of an emergency.

Измерение концентрации борной кислоты в теплоносителе в первом и во втором контурах теплоносителя осуществляется одновременно и одинаковым способом следующим образом. Первый лазерный генератор 1 осуществляет генерацию зондирующего импульса лазерного излучения в ультрафиолетовом диапазоне длин волн с определенной амплитудой и длительностью импульса. Использование ультрафиолетового диапазона обусловлено тем, что в этом диапазоне борная кислота обладает наибольшим поглощением оптического излучения, а коэффициент К экстинкции имеет наибольшее значение. Далее импульс лазерного излучения (ЛИ) с выхода лазерного генератора 1 поступает с помощью соответствующих полупрозрачных зеркал 21 и 22 на вход измерителя 3 лазерного излучения, на вход адаптера 7 волокна и в волоконно-оптическую линию 5, а также с помощью полупрозрачного зеркала 23 и отражательных зеркал 54, 20 и полупрозрачного зеркала 49 зондирующий импульс ЛИ поступает на вход адаптера 30 волокна и далее поступает в волоконно-оптическую линию 28. Одновременно зондирующий импульс ЛИ посредством полупрозрачных зеркал 56 и 50 поступает на оптический вход блока 31 сменных фильтров. В измерителе 3 ЛИ осуществляется измерение уровня зондирующего импульса ЛИ и формируется величина этого уровня I, информация о которой поступает с выхода измерителя 3 ЛИ в блок 15 обработки и управления. После прохождения по волоконно-оптической линии 5 с выхода адаптера 6 волокна зондирующий импульс ЛИ посредством полупрозрачного зеркала 25 поступает на оптический вход первой измерительной кюветы 4 и далее распространяется вдоль первой оптической оси, проходит через кювету 4 и далее проходит через оптическую линию 37 задержки и далее распространяется до уголкового отражателя 17. После отражения от последнего зондирующий импульс ЛИ распространяется обратно вдоль оптической оси и, пройдя через измерительную кювету 4, доходит до уголкового отражателя 16. Далее осуществляется многократное прохождение зондирующего импульса ЛИ вдоль первой оптической оси между уголковыми отражателями 16 и 17 в прямом и обратном направлениях до момента полного ослабления данного импульса ЛИ. Уголковые отражатели 16 и 17 образуют оптический резонатор. Поэтому запущенный в этот резонатор зондирующий импульс ЛИ будет многократно проходить через измерительную кювету до полного ослабления и затухания этого импульса. При этом осуществляется многократное прохождение зондирующего импульса через первую измерительную кювету и, соответственно, увеличение длины прошедшего пути импульса через исследуемое вещество теплоносителя, что обеспечивает повышение чувствительности модифицированного абсорбционно-спектрального метода измерения концентрации борной кислоты в составе теплоносителя ядерного реактора.The concentration of boric acid in the coolant in the first and second coolant circuits is measured simultaneously and in the same way as follows. The first laser generator 1 generates a probe pulse of laser radiation in the ultraviolet wavelength range with a certain amplitude and pulse duration. The use of the ultraviolet range is due to the fact that in this range boric acid has the highest absorption of optical radiation, and the extinction coefficient K is of the greatest importance. Next, the laser pulse (LI) from the output of the laser generator 1 is supplied using the corresponding translucent mirrors 21 and 22 to the input of the laser radiation meter 3, to the input of the fiber adapter 7 and to the fiber optic line 5, as well as using a translucent mirror 23 and reflective mirrors 54, 20 and translucent mirror 49, the probe pulse LI is fed to the input of the fiber adapter 30 and then fed to the fiber optic line 28. At the same time, the probe pulse LI is transmitted through the translucent mirrors 56 and 50 to the optical th input unit 31 replaceable filters. In the LI meter 3, the level of the LI probe pulse is measured and the value of this level I is formed, the information about which comes from the output of the LI meter 3 to the processing and control unit 15. After passing through the fiber optic line 5 from the output of the fiber adapter 6, the probe pulse LI through a translucent mirror 25 is fed to the optical input of the first measuring cell 4 and then propagates along the first optical axis, passes through the cell 4, and then passes through the optical delay line 37 and then propagates to the corner reflector 17. After reflection from the last, the probe pulse of the laser propagates back along the optical axis and, passing through the measuring cell 4, reaches the corner 16. Next, performed trazhatelya multiple passage of the probe pulse LEE along a first optical axis between the corner reflectors 16 and 17 in the forward and backward directions until the complete attenuation of the pulse DO. Corner reflectors 16 and 17 form an optical resonator. Therefore, the probe pulse LI launched into this resonator will repeatedly pass through the measuring cell until this pulse is completely attenuated and attenuated. In this case, a multiple passage of the probe pulse through the first measuring cell and, accordingly, an increase in the length of the transmitted pulse path through the studied coolant substance are carried out, which increases the sensitivity of the modified absorption spectral method for measuring the concentration of boric acid in the composition of the coolant of a nuclear reactor.

На каждом цикле прохождения импульса ЛИ через измерительную кювету 4 с помощью полупрозрачного зеркала 25 осуществляется ответвление части прошедшего через кювету импульса ЛИ обратно на вход адаптера 6 волокна и в волоконно-оптическую линию 5. Далее ответвленный обратный импульс ЛИ после прохождения волоконно-оптической линии 5, адаптера 7 волокна, а также посредством полупрозрачного зеркала 24 и отражательного зеркала 55 поступает на оптический вход первого управляемого спектрального фильтра 10. С оптического выхода последнего импульс обратного зондирующего ЛИ поступает на оптический вход первого фотоприемного блока 8, в котором осуществляется прием и регистрация, а также оцифровка данного импульса ЛИ. При этом выносное зеркало 11 находится в выведенном состоянии, как это и показано на фиг. 1 в позиции 11. Информация об амплитуде импульса I зондирующего ЛИ поступает в цифровой форме с выхода фотоприемного блока 8 в блок 15 обработки и управления. По очереди поступления в блок 15 в последнем каждому поступающему импульсу присваивается свой порядковый номер N.At each cycle of the passage of the LI pulse through the measuring cell 4 using a translucent mirror 25, a part of the LI pulse passed through the cuvette is branched back to the input of the fiber adapter 6 and to the fiber optic line 5. Next, the branched reverse pulse of the LI after passing the optical fiber line 5, fiber adapter 7, as well as by means of a translucent mirror 24 and a reflective mirror 55, is fed to the optical input of the first controllable spectral filter 10. From the optical output of the last pulse, the sample of the probe sounding LI is fed to the optical input of the first photodetector unit 8, in which reception and registration are carried out, as well as the digitization of this LI pulse. In this case, the remote mirror 11 is in the withdrawn state, as shown in FIG. 1 at position 11. Information about the amplitude of the pulse I of the probing LI is received in digital form from the output of the photodetector unit 8 to the processing and control unit 15. In turn, the receipt in block 15 in the last each incoming pulse is assigned its own serial number N.

Таким образом, в блоке 15 обработки и управления образуется серия величин импульсов I(N) зондирующего ЛИ, многократно прошедших через измерительную кювету 4 с порядковыми номерами от одного до N. Для каждого из этих импульсов по формуле (2) в блоке 15 вычисляется величина концентрации С₁ борной кислоты в составе теплоносителя в первом контуре теплоносителя ядерного реактора.Thus, in the processing and control unit 15, a series of pulse values I (N) of the probe LI is generated, which have repeatedly passed through the measuring cell 4 with serial numbers from one to N. For each of these pulses, the concentration value is calculated in accordance with formula (2) in block 15 With ₁ boric acid in the composition of the coolant in the primary circuit of the coolant of a nuclear reactor.

Аналогичным образом осуществляется измерение концентрации борной кислоты в теплоносителе во втором контуре теплоносителя с помощью измерительной кюветы 27. Как было отмечено выше, зондирующий импульс ЛИ с выхода лазерного генератора 1 поступает на вход адаптера 30 волокна и во вторую волоконно-оптическую линию 28. Далее импульс ЛИ проходит через волоконно-оптическую линию 28 и с выхода адаптера 29 волокна посредством полупрозрачного зеркала 26 поступает на оптический вход второй измерительной кюветы 27. После этого аналогично рассмотренному выше случаю импульс ЛИ осуществляет многократное распространение по второй оптической оси между третьим 18 и четвертым 19 уголковыми отражателями. При этом реализуется многократное прохождение зондирующего импульса ЛИ через вторую измерительную кювету 27. На каждом цикле прохождения импульса ЛИ через вторую измерительную кювету осуществляется ответвление обратного импульса ЛИ с помощью полупрозрачного зеркала 26. Импульс обратного ЛИ в обратном ходе проходит по волоконно-оптической линии 28 и через полупрозрачное зеркало 49 поступает на оптический вход второго управляемого спектрального фильтра 33, а с выхода последнего импульс ЛИ поступает на оптический вход второго фотоприемного блока 9. Последний осуществляет прием, регистрацию и оцифровку каждого поступившего на его вход импульса лазерного излучения. Второе выносное зеркало 13 находится в выведенном состоянии в позиции 13. В результате в блоке 15 обработки и управления образуется вторая серия оценок величин амплитуд импульсов I₂(N), прошедших через вторую измерительную кювету 27. Для каждого из этих импульсов по формуле (2) в блоке 15 обработки и управления вычисляется величина концентрации С₂ борной кислоты во втором контуре теплоносителя ядерного реактора.In a similar manner, the concentration of boric acid in the coolant in the second coolant circuit is measured using a measuring cell 27. As noted above, the probe pulse from the output of the laser generator 1 is fed to the input of the fiber adapter 30 and to the second fiber optic line 28. Next, the pulse passes through the fiber optic line 28 and from the output of the fiber adapter 29 through a translucent mirror 26 is fed to the optical input of the second measuring cell 27. After that, similarly to the considered above the case, the LI pulse carries out multiple propagation along the second optical axis between the third 18 and fourth 19 corner reflectors. In this case, the multiple passage of the probe pulse of the laser beam through the second measuring cell 27 is realized. On each cycle of the pulse of the laser beam passing through the second measuring cell, the reverse pulse of the laser beam is branched using a translucent mirror 26. The pulse of the reverse laser pulse in the reverse direction passes through fiber-optic line 28 and through a translucent mirror 49 enters the optical input of the second controllable spectral filter 33, and from the output of the last LI pulse enters the optical input of the second photodetector 9. The last block is receiving, recording and digitizing each incoming on its input laser pulse. The second remote mirror 13 is in the withdrawn state at position 13. As a result, in the processing and control unit 15, a second series of estimates of the amplitudes of the pulses I ₂ (N) passing through the second measuring cell 27 is formed. For each of these pulses according to the formula (2) in the processing and control unit 15, the concentration value of C _{2 of} boric acid in the second coolant circuit of the nuclear reactor is calculated.

На основании полученных оценок концентрации С₁ и С₂ борной кислоты в блоке 15 обработки и управления осуществляется вычисление и оценка уровня протечки теплоносителя из первого контура во второй контур ядерного реактора. Для оценки концентрации С используется величина обратного импульса I(N), прошедшего некоторое фиксированное количество циклов N через вторую измерительную кювету 27. При этом, чем большее количество циклов N прохождения импульса ЛИ через измерительную кювету используется для измерения и оценки концентрации борной кислоты, тем обеспечивается более высокая точность измерения, а также реализуется измерение меньших значений концентрации борной кислоты в составе теплоносителя ядерного реактора. В первом контуре теплоносителя для измерения начальных значений концентрации С порядка десятков мг/л достаточно использовать один цикл прохождения зондирующего ЛИ через первую измерительную кювету 4. Во втором контуре теплоносителя для обнаружения и измерения предельно малых концентраций борной кислоты потребуется использование нескольких десятков циклов прохождения импульсов зондирующего ЛИ через вторую измерительную кювету 27.Based on the obtained estimates of the concentration of C ₁ and C _{2 of} boric acid in the processing and control unit 15, calculation and estimation of the level of coolant leakage from the primary circuit to the secondary circuit of the nuclear reactor are carried out. To evaluate the concentration C, the value of the reverse pulse I (N) is used, which has passed a fixed number of N cycles through the second measuring cell 27. Moreover, the more N cycles of the LI pulse passing through the measuring cell are used to measure and evaluate the concentration of boric acid, the higher measurement accuracy, as well as the measurement of lower concentrations of boric acid in the composition of the coolant of a nuclear reactor. In the first coolant circuit to measure the initial concentration values C of the order of tens of mg / l, it is enough to use one cycle of passage of the probe LI through the first measuring cell 4. In the second coolant circuit, to detect and measure extremely low concentrations of boric acid, several tens of cycles of passage of the probes of the probe LI should be used through the second measuring cell 27.

На основании полученных оценок величин концентраций С₁ и С₂ борной кислоты в первом и втором контурах теплоносителя ядерного реактора в блоке 15 осуществляется вычисление и оценка протечки теплоносителя из первого контура во второй контур, исходя из следующих соображений. При наличии протечки из первого во второй контур в последнем дополнительно к объему V₂ теплоносителя, циркулирующего в этом втором контуре, добавляется некоторый объем V₁ теплоносителя из первого контура, где V₁ - искомая величина протечки вещества теплоносителя из первого контура во второй контур. При этом во второй контур вместе с теплоносителем из первого контура попадает некоторое количество борной кислоты, равное величине Р=V₁C₁. Тогда образующаяся концентрация С₂ борной кислоты во втором контуре теплоносителя будет равна:Based on the obtained estimates of the values of the concentrations of C ₁ and C _{2 of} boric acid in the first and second circuits of the coolant of the nuclear reactor in block 15, the calculation and assessment of the leakage of the coolant from the first loop to the second loop are performed based on the following considerations. If there is a leak from the first to the second circuit in the latter, in addition to the volume V _{2 of the} coolant circulating in this second circuit, a certain volume V _{1 of} coolant from the primary circuit is added, where V ₁ is the desired amount of leakage of the coolant substance from the primary circuit to the second circuit. In this case, a certain amount of boric acid, equal to the value of P = V ₁ C _1, gets into the second circuit together with the coolant from the first circuit. Then the resulting concentration of C ₂ boric acid in the second coolant circuit will be equal to:

Полученное соотношение является уравнением для нахождения неизвестной величины объема V₁ протечки из первого контура во второй контур на основании измеренных величин концентрации борной кислоты в первом и во втором контуре теплоносителя и по известной технической величине объема V₂ теплоносителя, циркулирующего во втором контуре теплоносителя. Отсюда получаем следующую формулу для оценки уровня протечки теплоносителя из первого во второй контур теплоносителя:The obtained ratio is an equation for finding an unknown quantity of leakage volume V ₁ from the first circuit to the second circuit based on the measured values of boric acid concentration in the first and second coolant circuits and the known technical value of the coolant volume V ₂ circulating in the second coolant circuit. From here we obtain the following formula for estimating the level of coolant leakage from the first to the second coolant circuit:

На основании формулы (4) в блоке 15 обработки и управления осуществляется вычисление величины объема V₁ протечки из первого во второй контур теплоносителя по измеренным значениям концентраций С₁ и С₂ борной кислоты в первом и во втором контурах теплоносителя соответственно. На основании полученной оценки уровня протечки объема V₁ теплоносителя и сравнения этой оценки с некоторым заданным уровнем V₀₁ допустимой пороговой протечки в блоке 15 принимается решение о начале аварийной ситуации. Такое решение в блоке 15 принимается, например, при выполнении следующего условия:Based on the formula (4) in the processing and control unit 15, the amount _of leakage volume V ₁ from the first to the second coolant circuit is calculated from the measured values of the concentrations of C ₁ and C ₂ boric acid in the first and second coolant circuits, respectively. Based on the obtained assessment of the level of leakage of the volume V _{1 of the} coolant and comparison of this assessment with a certain predetermined level V _{01 of the} allowable threshold leakage in block 15, a decision is made to start an emergency. Such a decision in block 15 is taken, for example, when the following conditions are met:

V₁>V₀₁,V ₁ > V ₀₁ ,

т.е. при превышении измеренным уровнем протечки некоторого заданного технологического порогового уровня V₀₁ протечки, допустимой при нормальной эксплуатации ядерного реактора. Для обнаружения данного порогового уровня V₀₁ протечки лазерная измерительная система должна обеспечивать измерение минимальной концентрации С₀₂ борной кислоты во втором контуре теплоносителя, равной согласно уравнению (4) величине:those. when the measured leakage level exceeds a certain technological threshold level V _{01, the} leakage permissible during normal operation of a nuclear reactor. To detect this threshold level of leakage V _{01, the} laser measuring system must provide a minimum concentration of _{C02 of} boric acid in the second coolant circuit, which is equal to, according to equation (4):

Отсюда получаем следующее условие вынесения решения об обнаружении протечки теплоносителя из первого контура во второй контур теплоносителя ядерного реактора при осуществлении непрерывного мониторинга теплоносителя и измерения концентрации борной кислоты одновременно в первом и втором контурах теплоносителя:From this we obtain the following condition for making a decision on the detection of coolant leakage from the first circuit to the second coolant circuit of a nuclear reactor while continuously monitoring the coolant and measuring the boric acid concentration simultaneously in the first and second coolant circuits:

Таким образом, при достижении измеряемой величиной концентрации С₂ борной кислоты во втором контуре теплоносителя порогового уровня С₀₂ в блоке 15 обработки и управления принимается решение об обнаружении недопустимого уровня протечки и начале аварийной ситуации и подается соответствующий сигнал в центральный пульт управления ядерным реактором. На этом стандартный режим обнаружения протечки теплоносителя завершается, а лазерная измерительная система продолжает непрерывный мониторинг параметров теплоносителя и измерение концентрации борной кислоты в первом и втором контурах теплоносителя ядерного реактора.Thus, when the measured value of the concentration C _{2 of} boric acid in the second coolant circuit reaches a threshold level C ₀₂ in the processing and control unit 15, a decision is made to detect an unacceptable level of leakage and the beginning of an emergency and a corresponding signal is sent to the central control panel of the nuclear reactor. This completes the standard mode for detecting coolant leakage, and the laser measuring system continues to continuously monitor the parameters of the coolant and measure the concentration of boric acid in the first and second coolant circuits of the nuclear reactor.

Для повышения точности измерения уровня протечки и эффективности обнаружения аварийной ситуации в предлагаемой лазерной измерительной системе осуществляется измерение концентрации борной кислоты на нескольких длинах волн в ультрафиолетовом диапазоне. Для осуществления этого используется второй лазерный генератор 2 с перестройкой длины волны генерируемого лазерного излучения. После осуществления измерения концентраций борной кислоты на второй длине волны, лежащей также в ультрафиолетовом диапазоне, одновременно в первой и во второй измерительных кюветах, в блоке 15 осуществляется сравнение полученных оценок величин протечки, измеренных на двух длинах волн, и вычисляется средняя величина оценки уровня протечки, информация о которой поступает в центральный пульт управления ядерным реактором.To improve the accuracy of measuring the level of leakage and the effectiveness of the detection of an emergency in the proposed laser measuring system, the concentration of boric acid is measured at several wavelengths in the ultraviolet range. To accomplish this, a second laser generator 2 is used with a tunable wavelength of the generated laser radiation. After measuring the concentration of boric acid at the second wavelength, which also lies in the ultraviolet range, simultaneously in the first and second measuring cuvettes, in block 15, the obtained estimates of leakage values measured at two wavelengths are compared, and the average value of the leakage level estimate is calculated, information about which goes to the central control panel of a nuclear reactor.

Для повышения точности измерений и достоверности обнаружения протечки в контуре теплоносителя, в предлагаемой лазерной системе осуществляется непрерывный функциональный контроль режимов работы лазерной измерительной системы, калибровка фотоприемных блоков и контроль параметров оптического тракта прохождения зондирующего лазерного излучения через первую и вторую измерительные кюветы. Для выполнения этих вспомогательных контрольных функций в лазерной измерительной системе предусмотрен дополнительный оптический канал, содержащий установленные на третьей оптической оси элементы 35, 50, 31, 45 и 36. Данные элементы образуют оптический резонатор, аналогичный оптическим резонаторам, образованным уголковыми отражателями 16, 17 и, соответственно, 18, 19. Основным элементом здесь является блок 31 сменных фильтров, имитирующий оптическое поглощение лазерного излучения, аналогичное поглощению ЛИ в первой 4 или во второй 27 измерительных кюветах. Блок 31 сменных фильтров содержит набор оптических фильтров, обеспечивающих поглощение оптического излучения в используемых диапазонах оптического излучения на заданных фиксированных длинах волн, соответствующих длинам волн, генерируемых первым и вторым лазерными генераторами. Необходимый оптический фильтр в блоке 31 устанавливается в оптическом тракте по управляющим командам (сигналам) от блока 15 обработки и управления. При этом оптические фильтры в блоке 31 имеют точно известное заданное поглощение ЛИ на соответствующих длинах волн. Поглощение отдельных оптических фильтров в блоке 31 соответствует расчетным значениям стандартного поглощения ЛИ, соответствующего поглощению ЛИ в первой или второй измерительных кюветах при некоторой заданной концентрации борной кислоты в теплоносителе ядерного реактора.To increase the accuracy of measurements and the reliability of leak detection in the coolant circuit, the proposed laser system provides continuous functional control of the operating modes of the laser measuring system, calibration of photodetector units and control of the parameters of the optical path of the probe laser radiation through the first and second measuring cuvettes. To perform these auxiliary control functions, an additional optical channel is provided in the laser measuring system containing elements 35, 50, 31, 45 and 36 mounted on the third optical axis. These elements form an optical resonator similar to optical resonators formed by corner reflectors 16, 17 and, respectively, 18, 19. The main element here is a block 31 of interchangeable filters that simulate optical absorption of laser radiation, similar to the absorption of laser radiation in the first 4 or second 27 measurement ditches. Block 31 replaceable filters contains a set of optical filters that provide absorption of optical radiation in the used ranges of optical radiation at given fixed wavelengths corresponding to the wavelengths generated by the first and second laser generators. The necessary optical filter in block 31 is installed in the optical path by control commands (signals) from block 15 processing and control. In this case, the optical filters in block 31 have a well-known predetermined absorption of radiation at the corresponding wavelengths. The absorption of individual optical filters in block 31 corresponds to the calculated values of the standard absorption of the LI, corresponding to the absorption of the LI in the first or second measuring cuvettes at a certain given concentration of boric acid in the coolant of a nuclear reactor.

При некотором фиксированном установленном в блоке 31 оптическом фильтре (эталонном фильтре) с выхода лазерного генератора 1 на вход блока 31 сменных фильтров поступает импульс зондирующего лазерного излучения, аналогичный по своим параметрам зондирующему импульсу, поступающему в этот же момент времени на входы первой и второй измерительных кювет. Этот импульс поступает с выхода лазерного генератора 1 посредством полупрозрачных зеркал 21 и 23, отражательных зеркал 54 и 20, полупрозрачных зеркал 56 и 50. В результате импульс зондирующего ЛИ вводится в оптический резонатор, образованный уголковыми отражателями 35 и 36. Далее импульс ЛИ многократно распространяется в указанном резонаторе между уголковыми отражателями и многократно проходит через поглощающий оптический фильтр в блоке 31 сменных фильтров. Этим осуществляется моделирование процесса поглощения зондирующего ЛИ в измерительных кюветах, но с точно известным поглощением лазерного излучения в соответствующем оптическом фильтре блока 31 сменных фильтров. На каждом цикле прохождения ЛИ через блок 31 сменных фильтров осуществляется ответвление части импульса ЛИ и направление его на оптический вход третьего управляемого спектрального фильтра 34 посредством полупрозрачного зеркала 50 через полупрозрачные зеркала 56, 51 и 52. Далее импульс ЛИ проходит через блок 34, регистрируется в третьем фотоприемном блоке 32 и в цифровой форме поступает в блок 15 обработки и управления. В последнем образуется серия величин импульсов ЛИ I(N), прошедших N циклов прохождения через оптический фильтр в блоке 31, аналогичных серии импульсов ЛИ при прохождении через первую или вторую измерительные кюветы.With some fixed optical filter (reference filter) installed in block 31, a probe laser pulse arrives at the input of the interchangeable filter unit 31 from the output of the laser generator 1 and is similar in its parameters to the probe pulse arriving at the same time at the inputs of the first and second measuring cells . This pulse comes from the output of the laser generator 1 by means of translucent mirrors 21 and 23, reflective mirrors 54 and 20, translucent mirrors 56 and 50. As a result, the probe LI pulse is introduced into the optical resonator formed by corner reflectors 35 and 36. Further, the LI pulse is repeatedly propagated to the specified resonator between the corner reflectors and repeatedly passes through an absorbing optical filter in the block 31 of interchangeable filters. This simulates the process of absorption of the probe LI in measuring cuvettes, but with the well-known absorption of laser radiation in the corresponding optical filter of the unit 31 of replaceable filters. At each LI passage through the interchangeable filter unit 31, a part of the LI pulse is branched and directed to the optical input of the third controllable spectral filter 34 by means of a translucent mirror 50 through translucent mirrors 56, 51 and 52. Next, the LI pulse passes through block 34, is recorded in the third photodetector unit 32 and in digital form enters the unit 15 processing and control. In the latter, a series of LI pulses I (N) is generated that have passed N cycles of passage through an optical filter in block 31, similar to a series of LI pulses when passing through the first or second measuring cuvettes.

В блоке 15 осуществляется сравнение параметров серий импульсов, прошедших через измерительные кюветы, и серии импульсов ЛИ, прошедших N циклов через оптический фильтр с точно известным поглощением ЛИ в оптическом фильтре блока 31 сменных фильтров. На основании данного сравнения осуществляется корректировка полученных результатов измерений величин концентрации борной кислоты в первой или, соответственно, второй измерительных кюветах. Для более точного определения величины концентрации борной кислоты, например, во второй измерительной кювете 27, в блоке 31 сменных фильтров по команде от блока 15 устанавливается оптический фильтр, поглощение в котором соответствует измеренной величине концентрации борной кислоты по формуле (3), вычисленной при предыдущем измерении данной концентрации на основании обработки результатов измерений серии импульсов I(N), прошедших через вторую измерительную кювету 27. Далее осуществляется сравнение непосредственно амплитуд серий импульсов I(N), полученных при прохождении зондирующего ЛИ через блок 31 сменных фильтров с установленным в нем оптическим фильтром с точно известным поглощением ЛИ и серии импульсов I(N), полученных при прохождении зондирующего излучения через вторую измерительную кювету 27. Таким образом, происходит сравнение непосредственно амплитуд импульсов, а не величин расчетных значений концентраций С борной кислоты. Такое сравнение осуществляется многократно при фиксированном установленном оптическом фильтре в блоке 31, но при протекании теплоносителя через вторую измерительную кювету. На основании сравнения осуществляется усреднение полученных многократно результатов измерений и реализуется более точная оценка концентрации борной кислоты во втором контуре теплоносителя ядерного реактора.In block 15, the parameters of the series of pulses transmitted through the measuring cuvettes and the series of pulses of the laser pulses that have passed N cycles through the optical filter are compared with the well-known absorption of the laser pulses in the optical filter of the replaceable filter unit 31. Based on this comparison, the obtained measurement results of the values of the concentration of boric acid in the first or, respectively, second measuring cuvettes are adjusted. For a more accurate determination of the concentration of boric acid, for example, in the second measuring cuvette 27, an optical filter is installed in the replaceable filter unit 31 at the command of unit 15, the absorption of which corresponds to the measured value of the boric acid concentration according to the formula (3) calculated in the previous measurement this concentration based on processing the measurement results of a series of pulses I (N) passed through the second measuring cell 27. Next, a comparison is made directly of the amplitudes of the series of pulses I (N) obtained by passing the probe LI through the block 31 of replaceable filters with an optical filter installed in it with the well-known absorption of the LI and a series of pulses I (N), obtained by passing the probe radiation through the second measuring cuvette 27. Thus, the pulse amplitudes are directly compared, and not the values of the calculated concentrations of boric acid. Such a comparison is carried out repeatedly with a fixed mounted optical filter in block 31, but when the coolant flows through the second measuring cell. Based on the comparison, the results of measurements are repeatedly averaged and a more accurate estimate of the concentration of boric acid in the secondary coolant of the nuclear reactor is realized.

Калибровка фотоприемных блоков осуществляется следующим образом. В блоке 31 сменных фильтров устанавливается некоторый оптический фильтр с точно известным поглощением на заданной длине волны ЛИ, генерируемой одним из лазерных генераторов. Оптическое поглощение такого фильтра соответствует некоторой величине концентрации борной кислоты, измеренной на соответствующей длине волны лазерного излучения. С выхода блока 31 сменных фильтров образующаяся серия импульсов обратного лазерного излучения направляется на оптический вход третьего управляемого спектрального фильтра 34 и, соответственно, на оптический вход третьего фотоприемного блока 32. Одновременно эта же серия импульсов ЛИ с выхода блока 31 сменных фильтров направляется на оптические входы первого и второго управляемых спектральных фильтров 10, 33 и фотоприемных блоков 8 и 9. При этом выносные зеркала 11 и 13 переводятся во введенное состояние, обозначенное позициями, соответственно, 58 и 57. Введение указанных зеркал осуществляется посредством их блоков 12 и 14 управления по командам от блока 15 обработки и управления. Сформированные серии импульсов ЛИ являются эталонными для фотоприемных блоков 8 и 9. В блоке 15 обработки и управления осуществляется сравнение величин серий импульсов ЛИ, зарегистрированных фотоприемными блоками 8, 9 и фотоприемным блоком 32. На основании данного сравнения осуществляется взаимная калибровка фотоприемных блоков в лазерной измерительной системе. Такая калибровка может осуществляться одновременно для двух фотоприемных блоков, или по отдельности для каждого из фотоприемных блоков. При этом второй фотоприемный блок продолжает осуществление непрерывного измерения концентрации борной кислоты в соответствующей измерительной кювете.Calibration of the photodetector blocks is as follows. In block 31 of interchangeable filters, a certain optical filter is installed with a well-known absorption at a given LI wavelength generated by one of the laser generators. The optical absorption of such a filter corresponds to a certain concentration of boric acid, measured at the corresponding wavelength of the laser radiation. From the output of the replaceable filter unit 31, the resulting series of reverse laser pulses is sent to the optical input of the third controlled spectral filter 34 and, accordingly, to the optical input of the third photodetector unit 32. At the same time, the same series of LI pulses from the output of the replaceable filter unit 31 are sent to the optical inputs of the first and the second controllable spectral filters 10, 33 and photodetector blocks 8 and 9. In this case, the remote mirrors 11 and 13 are translated into the entered state, indicated by the positions, respectively, 58 and 57. The introduction of these mirrors is carried out by means of their control units 12 and 14 by commands from the processing and control unit 15. The generated LI pulse series are reference for photodetector blocks 8 and 9. In the processing and control unit 15, the values of the series of LI pulse recorded by the photodetector blocks 8, 9 and the photodetector block 32 are compared. Based on this comparison, the photodetector blocks are mutually calibrated in the laser measuring system . Such calibration can be carried out simultaneously for two photodetector blocks, or individually for each of the photodetector blocks. In this case, the second photodetector unit continues to continuously measure the concentration of boric acid in the corresponding measuring cell.

Контроль параметров прохождения лазерного излучения через оптические тракты первой и второй измерительных кювет осуществляется на длине волны видимого диапазона, при котором борная кислота практически не поглощает ЛИ. При этом ЛИ видимого диапазона длин волн генерируется вторым лазерным генератором 2 при соответствующей перестройке его режимов работы по сигналам управления от блока 15. В блоке 31 сменных фильтров устанавливается оптический фильтр, имеющий соответствующее поглощение, равное стандартному поглощению оптических трактов на данной длине волны. Далее в блоке 15 обработки и управления осуществляется сравнение трех серий импульсов, полученных с выходов фотоприемных блоков 8, 9 и 32, причем серия импульсов от третьего фотоприемного блока 32 является эталонной. На основании этого сравнения осуществляется проверка пропускания оптических трактов и вносятся необходимые корректировки в дальнейших циклах измерений концентраций борной кислоты в первой и второй измерительных кюветах. Выносные зеркала 11 и 13 находятся в выведенном состоянии.The parameters of the passage of laser radiation through the optical paths of the first and second measuring cuvettes are controlled at a wavelength of the visible range at which boric acid practically does not absorb LI. In this case, the LI of the visible wavelength range is generated by the second laser generator 2 with a corresponding restructuring of its operating modes according to the control signals from block 15. In block 31 of replaceable filters, an optical filter is installed that has a corresponding absorption equal to the standard absorption of optical paths at a given wavelength. Then, in the processing and control unit 15, three series of pulses obtained from the outputs of the photodetector units 8, 9 and 32 are compared, and the series of pulses from the third photodetector unit 32 is a reference. Based on this comparison, the transmission of the optical paths is checked and the necessary corrections are made in further cycles of measuring boric acid concentrations in the first and second measuring cuvettes. Remote mirrors 11 and 13 are in the withdrawn state.

По материалам данной заявки проведены экспериментальные исследования и моделирование работы лазерной измерительной системы [6, 7]. На фиг. 6 и фиг. 7 представлены серии импульсов зондирующего ЛИ, прошедших N циклов распространения через измерительную кювету при концентрации С борной кислоты, соответственно, С=0,2 мг/л на фиг. 6 и С=0,05 мг/л на фиг. 7. При этом на представленных осциллограммах показано отношение амплитуд импульсов I(N), прошедших через измерительную кювету с концентрацией С борной кислоты, к амплитудам I₀(N) импульсов при нулевой концентрации С=0 борной кислоты: I(N)/I₀(N). Серию эталонных импульсов I₀(N) можно получить с помощью блока 31 сменных фильтров, в котором устанавливается оптический фильтр с поглощением зондирующего ЛИ на длине волны лазерного генератора 1 или 2, соответствующим поглощению ЛИ в оптическом тракте первой или второй измерительных кювет при нулевой концентрации борной кислоты. Представленные результаты показывают постепенное увеличение чувствительности лазерной измерительной системы при увеличении числа проходов N зондирующего лазерного излучения через измерительную кювету, заполненную веществом теплоносителя, что позволяет осуществить измерение малых концентраций борной кислоты во второй измерительной кювете и обеспечить обнаружение и измерение протечек теплоносителя на ранней стадии развития аварийной ситуации.Based on the materials of this application, experimental studies and modeling of the operation of a laser measuring system were carried out [6, 7]. In FIG. 6 and FIG. 7 shows a series of pulses of a probe LI that have passed N propagation cycles through a measuring cell at a concentration of boric acid C, respectively, C = 0.2 mg / l in FIG. 6 and C = 0.05 mg / L in FIG. 7. In this case, the presented oscillograms show the ratio of the amplitudes of pulses I (N) transmitted through a measuring cell with a concentration of boric acid C to the amplitudes I ₀ (N) of pulses at a zero concentration of C = 0 boric acid: I (N) / I ₀ (N). A series of reference pulses I ₀ (N) can be obtained using the replaceable filter unit 31, in which an optical filter is installed with the absorption of a probe laser at a wavelength of the laser generator 1 or 2, corresponding to the absorption of laser radiation in the optical path of the first or second measuring cell at zero boron concentration acids. The presented results show a gradual increase in the sensitivity of the laser measuring system with an increase in the number of passes N of the probe laser radiation through a measuring cell filled with a coolant substance, which makes it possible to measure low concentrations of boric acid in a second measuring cell and to detect and measure coolant leaks at an early stage of an emergency .

Предлагаемая лазерная измерительная система обеспечивает в стандартном режиме работы измерение минимального уровня концентрации борной кислоты порядка С=0,05 миллиграмма на литр теплоносителя. Это позволяет оценить минимальный пороговый уровень V₀₁ протечки теплоносителя из первого во второй контур ядерного реактора, обнаружимый по представленной методике на основе измерения уровня концентрации борной кислоты во втором контуре теплоносителя ядерного реактора по приведенной выше формуле (3). Оценка величины протечки V₀₁ получена при следующих параметрах концентраций С₁ борной кислоты в первом контуре теплоносителя и объема V₂ теплоносителя во втором контуре для стандартных параметров ядерного реактора типа ВВЭР: С₁=7 г/л в начале кампании ядерного реактора после загрузки ТВЭЛ; V₂=8,6×10⁴ л; С₂=0,05 мг/л - точность измерения и минимальный уровень измеряемой концентрации борной кислоты во втором контуре с помощью второй измерительной кюветы. Отсюда по указанной формуле получаем величину объема V₀₁=614 мл минимально обнаружимой протечки. В конце кампании ядерного реактора, когда уровень концентрации борной кислоты в первом контуре составляет величину порядка C₁=0,1 г/л теплоносителя, получаем следующую оценку минимально обнаружимой протечки теплоносителя V₀₁=43 л. Следует отметить, что указанные уровни протечки теплоносителя обнаруживаются при общем объеме теплоносителя во втором контуре, равном V₂=86 тысяч литров. Таким образом, предлагаемая лазерная измерительная система обеспечивает обнаружение протечки теплоносителя менее 50 литров в течение всего периода работы загрузки ядерного топлива в ядерном реакторе от начала до конца сессии. Как показано в работе авторов [7] предельная минимальная измеряемая величина концентрации борной кислоты С составляет 0,01 мг/л. При таком уровне точности измерения концентрации борной кислоты во втором контуре теплоносителя величины обнаружимой протечки для начала и конца сессии работы ядерного реактора составляют, соответственно, V₀₁=123 миллилитра для С₁=7 г/л и V₀₁=8,6 литра для C₁=0,1 г/л. В этом случае обеспечивается обнаружение протечки менее десяти литров объема теплоносителя в течение всей сессии работы ядерного реактора.The proposed laser measuring system provides a standard mode of operation measuring the minimum concentration of boric acid of the order of C = 0.05 milligrams per liter of coolant. This allows us to estimate the minimum threshold level V _{01 of the} coolant leakage from the first to the second circuit of the nuclear reactor detected by the presented method based on measuring the concentration of boric acid in the second coolant circuit of the nuclear reactor according to the above formula (3). An estimate of the leakage V _{01 was} obtained with the following parameters for the concentration of C ₁ boric acid in the first coolant circuit and the volume of V ₂ coolant in the second circuit for the standard parameters of a WWER type nuclear reactor: C ₁ = 7 g / l at the beginning of the campaign of the nuclear reactor after fuel rod loading; V ₂ = 8.6 × 10 ⁴ L; With ₂ = 0.05 mg / l - the accuracy of the measurement and the minimum level of the measured concentration of boric acid in the second circuit using a second measuring cell. From here, according to the specified formula, we obtain the volume value V ₀₁ = 614 ml of the minimum detectable leak. At the end of the campaign of a nuclear reactor, when the concentration level of boric acid in the primary circuit is of the order of C ₁ = 0.1 g / l of coolant, we obtain the following estimate of the minimum detectable leak of coolant V ₀₁ = 43 l. It should be noted that these levels of coolant leakage are detected with a total volume of coolant in the second circuit equal to V ₂ = 86 thousand liters. Thus, the proposed laser measuring system provides detection of coolant leakage of less than 50 liters during the entire period of operation of the loading of nuclear fuel in a nuclear reactor from the beginning to the end of the session. As shown in the authors' work [7], the limiting minimum measurable concentration of boric acid C is 0.01 mg / L. With this level of accuracy of measuring the concentration of boric acid in the second coolant circuit, the values of the detected leakage for the beginning and end of the session of the nuclear reactor are, respectively, V ₀₁ = 123 milliliters for C ₁ = 7 g / l and V ₀₁ = 8.6 liters for C ₁ = 0.1 g / l. In this case, leak detection of less than ten liters of the coolant volume is provided during the entire session of the nuclear reactor.

Следует отметить возможность реализации в предлагаемой лазерной системе различных алгоритмов обнаружения и измерения протечки теплоносителя, а также обнаружения урана в составе теплоносителя при возникновении аварийной ситуации. Для повышения чувствительности и эффективности обнаружения протечки теплоносителя возможен вариант работы лазерной измерительной системы, при котором в состав теплоносителя в первом контуре добавляются специальные вещества, обладающие высоким уровнем поглощения оптического излучения в видимом и ультрафиолетовом диапазоне, значительно превосходящем поглощение борной кислоты. Так, например, молярный коэффициент поглощения (экстинкции) соединений хрома в 3300 раз больше коэффициента экстинкции борной кислоты на соответствующей длине волны оптического излучения. Поэтому при добавлении в состав теплоносителя в первом контуре ядерного реактора малых количеств некоторых химических соединений хрома, например, хромата или дихромата калия, перманганата калия, можно обеспечить увеличение чувствительности лазерной измерительной системы на несколько порядков и реализовать обнаружение минимального объема протечки теплоносителя порядка единиц миллилитров в течение всей кампании ядерного реактора от одной загрузки тепловыделяющих элементов. При этом измерение уровня протечки осуществляется путем просвечивания второй измерительной кюветы зондирующим лазерным излучением на длине волны, соответствующей максимальному коэффициенту экстинкции используемого соединения хрома, введенного в состав теплоносителя в первом контуре ядерного реактора.It should be noted the possibility of implementing in the proposed laser system various algorithms for detecting and measuring leakage of the coolant, as well as detecting uranium in the composition of the coolant in the event of an emergency. To increase the sensitivity and detection efficiency of coolant leakage, a laser measuring system can be used in which special substances with a high level of absorption of optical radiation in the visible and ultraviolet range significantly exceeding the absorption of boric acid are added to the coolant in the primary circuit. For example, the molar absorption coefficient (extinction) of chromium compounds is 3300 times greater than the extinction coefficient of boric acid at the corresponding wavelength of optical radiation. Therefore, when small amounts of certain chemical compounds of chromium, for example, potassium chromate or potassium dichromate, potassium permanganate, are added to the composition of the coolant in the primary circuit of a nuclear reactor, it is possible to increase the sensitivity of the laser measuring system by several orders of magnitude and to detect a minimum amount of coolant leakage of the order of a few milliliters during the entire campaign of a nuclear reactor from a single load of fuel elements. In this case, the leakage level is measured by exposing the second measuring cell to probing laser radiation at a wavelength corresponding to the maximum extinction coefficient of the chromium compound used, introduced into the coolant in the primary circuit of the nuclear reactor.

В предлагаемой лазерной измерительной системе использованы блоки и узлы, разработанные или выпускаемые промышленностью. Измерительные кюветы выполняются в форме стандартных конструкторских разработок с использованием иллюминаторов, прозрачных в широком диапазоне от короткой части УФ диапазона до ИК-диапазона длин волн. Лазерные генераторы и фотоприемники УФ диапазона выпускаются промышленностью и используются в промышленности, медицине и научных исследованиях. Оптические приборы и элементы, входящие в состав предлагаемой измерительной системы, разработаны и выпускаются промышленностью. К таким элементам относятся оптические отражательные и полупрозрачные зеркала, выносные зеркала с приводом на основе шаговых электродвигателей, волоконно-оптические линии с входящими в их состав адаптерами волокна на диапазон от 200 нм до ИК диапазона, управляемые спектральные фильтры, выполненные на основе акустооптических ячеек, работающие в широком диапазоне длин волн от видимого до ультрафиолетового диапазона [10-12]. Управляемые спектральные фильтры обеспечивают спектральную узкополосную фильтрацию зондирующего ЛИ перед его поступлением на входы фотоприемных блоков. Длина волны спектральной фильтрации задается сигналом управления от блока 15 и соответствует длине волны лазерного излучения, генерируемого в этот момент времени соответствующим лазерным генератором. Управляемые спектральные фильтры выполняют также функцию необходимого ослабления поступающего лазерного излучения, а также обеспечивают защиту фотоприемных блоков от высокого уровня интенсивности лазерного излучения в первый момент генерации импульса излучения лазерным генератором. Фотоприемные блоки 8, 9 и 32 выполнены на основе высокочувствительного фотоэлектронного умножителя, работающего в диапазоне 200-800 нм. В состав фотоприемных блоков входят электрические усилители импульсных сигналов, блоки оцифровки и сопряжения со входом ЭВМ.The proposed laser measuring system uses blocks and units developed or manufactured by the industry. Measuring cuvettes are made in the form of standard design developments using portholes that are transparent in a wide range from a short part of the UV range to the IR wavelength range. UV laser generators and photodetectors are manufactured by industry and are used in industry, medicine and scientific research. The optical instruments and elements that make up the proposed measuring system are designed and manufactured by the industry. Such elements include optical reflective and translucent mirrors, remote mirrors with a drive based on stepper motors, fiber-optic lines with fiber adapters included in their composition for a range from 200 nm to the IR range, controlled spectral filters made on the basis of acousto-optical cells, operating in a wide range of wavelengths from visible to ultraviolet range [10-12]. Controllable spectral filters provide spectral narrow-band filtering of the probe LI before it arrives at the inputs of the photodetector blocks. The wavelength of the spectral filtering is set by the control signal from block 15 and corresponds to the wavelength of the laser radiation generated at that moment in time by the corresponding laser generator. The controlled spectral filters also perform the function of the necessary attenuation of the incoming laser radiation, and also protect the photodetector blocks from a high level of laser radiation intensity at the first moment of generation of a radiation pulse by a laser generator. The photodetector blocks 8, 9 and 32 are made on the basis of a highly sensitive photoelectronic multiplier operating in the range of 200-800 nm. The composition of the photodetector blocks includes electrical amplifiers of pulsed signals, blocks of digitization and interface with the input of the computer.

Блок 15 обработки и управления выполнен на основе стандартной электронной вычислительной машины любого типа. Блок 15 выполняет функции обработки поступающей с выходов фотоприемных блоков информации, на основе которой осуществляется расчет и определение концентрации борной кислоты в контурах теплоносителя ядерного реактора. Одновременно блок 15 осуществляет управление работой всех элементов и устройств лазерной системы измерений по соответствующей программе. Блок 15 содержит средства сопряжения и соединен со всеми управляемыми элементами лазерной измерительной системы. Блок 31 сменных фильтров выполнен на основе диска 72 (фиг. 3), в котором закреплены оптические фильтры 73 с точно известным поглощением оптического излучения на заданных длинах волн. Установка выбранного соответствующего оптического фильтра в оптическую схему осуществляется с помощью шагового двигателя 74 с цифровым управлением, подключенного к блоку 15 обработки и управления. В качестве блока 31 сменных фильтров возможно использование управляемого спектрального фильтра, аналогичного фильтрам 10, 33 и 34, выполненного на основе акустооптической ячейки. Данный управляемый спектральный фильтр по командам от блока 15 обработки и управления осуществляет установление заданного ослабления (поглощения) лазерного излучения на заданной фиксированной длине волны.The processing and control unit 15 is based on a standard electronic computer of any type. Block 15 performs the functions of processing information coming from the outputs of the photodetector blocks, on the basis of which the calculation and determination of the concentration of boric acid in the coolant circuits of a nuclear reactor are carried out. At the same time, block 15 controls the operation of all elements and devices of the laser measurement system according to the corresponding program. Block 15 contains a pairing means and is connected to all controllable elements of the laser measuring system. The replaceable filter unit 31 is made on the basis of a disk 72 (Fig. 3), in which optical filters 73 are fixed with precisely known absorption of optical radiation at given wavelengths. The selected appropriate optical filter is installed in the optical circuit using a digitally controlled stepper motor 74 connected to the processing and control unit 15. As a block 31 of interchangeable filters, it is possible to use a controlled spectral filter similar to filters 10, 33 and 34, made on the basis of an acousto-optical cell. This controllable spectral filter, by commands from the processing and control unit 15, establishes a predetermined attenuation (absorption) of laser radiation at a given fixed wavelength.

Оптические линии 37, 41, 45 задержки выполнены на основе волоконно-оптических линий и обеспечивают необходимую задержку зондирующего импульса лазерного излучения за счет увеличения пути распространения импульса ЛИ в волоконно-оптической линии соответствующей длины. Введение данной временной задержки импульсов лазерного излучения необходимо для разделения этих импульсов по времени при их регистрации в фотоприемных блоках 8, 9 и 32. Волоконно-оптические линии 5 и 28 позволяют расположить основную измерительную аппаратуру лазерной измерительной системы на расстоянии порядка 1000 метров от ядерного реактора в безопасном помещении.Optical delay lines 37, 41, 45 are made on the basis of fiber optic lines and provide the necessary delay for the probe laser pulse by increasing the propagation path of the LI pulse in the fiber optic line of the corresponding length. The introduction of this time delay of laser radiation pulses is necessary for time separation of these pulses when they are recorded in photodetector units 8, 9 and 32. Fiber optic lines 5 and 28 allow the main measuring equipment of the laser measuring system to be located at a distance of about 1000 meters from the nuclear reactor safe room.

В представленном изобретении следует отметить два фактора новизны. Во-первых, следует отметить в качестве новизны изобретения реализацию непрерывного контроля состава теплоносителя одновременно в первом и во втором контурах теплоносителя ядерного реактора. Это позволяет обеспечить мониторинг параметров теплоносителя в обоих контурах ядерного реактора, обеспечить непрерывный контроль концентраций борной кислоты и других примесей, образующихся при длительной работе ядерного реактора. Применение для измерений параметров теплоносителя метода многократного прохождения зондирующего лазерного излучения через измерительную кювету позволяет увеличить чувствительность и точность измерений параметров теплоносителя.In the present invention, two novelty factors should be noted. Firstly, it should be noted as a novelty of the invention the implementation of continuous monitoring of the composition of the coolant simultaneously in the first and second circuits of the coolant of a nuclear reactor. This allows you to monitor the parameters of the coolant in both circuits of the nuclear reactor, to provide continuous monitoring of the concentrations of boric acid and other impurities generated during prolonged operation of the nuclear reactor. The use of the method of multiple passage of probe laser radiation through a measuring cell for measuring the parameters of the coolant allows to increase the sensitivity and accuracy of measurements of the parameters of the coolant.

Во-вторых, следует отметить в качестве новизны изобретения реализацию измерения уровня протечки теплоносителя из первого контура во второй контур теплоносителя на основе сравнения концентраций борной кислоты в указанных контурах. При этом вследствие высокой чувствительности и точности измерений обеспечивается возможность обнаружения и измерения весьма малых объемов протечки, составляющих не более десяти литров, при общем объеме второго контура теплоносителя порядка 86000 литров. Это обеспечивает обнаружение протечек на ранней стадии развития аварийной ситуации и существенно повышает безопасность работы ядерного реактора. Использование дополнительных химических веществ, вводимых в малой дозе в первый контур теплоносителя, позволяет обеспечить обнаружение протечки в объеме нескольких миллилитров. Реализация такого уровня чувствительности лазерной измерительной системы позволяет обеспечить мониторинг параметров теплоносителя на самых ранних стадиях начала и развития протечки теплоносителя из первого во второй контур и своевременно предотвратить возможность наступления аварийной ситуации высокого уровня.Secondly, it should be noted as a novelty of the invention the implementation of measuring the level of coolant leakage from the first circuit to the second coolant circuit based on a comparison of boric acid concentrations in these circuits. Moreover, due to the high sensitivity and accuracy of the measurements, it is possible to detect and measure very small leakage volumes of not more than ten liters, with a total volume of the second coolant circuit of about 86,000 liters. This ensures leak detection at an early stage of emergency development and significantly increases the safety of a nuclear reactor. The use of additional chemicals introduced in a small dose into the primary coolant circuit allows leak detection in the volume of several milliliters. The implementation of such a sensitivity level of the laser measuring system allows monitoring the parameters of the coolant at the very early stages of the onset and development of coolant leakage from the first to the second circuit and in a timely manner to prevent the possibility of a high-level emergency.

Предлагаемая лазерная измерительная система позволяет с высокой точностью определять присутствие в теплоносителе ядерного реактора химического элемента - урана, попадающего в теплоноситель при возникновении разгерметизации и других технологических дефектах ТВЭЛ. Обнаружение урана может быть реализовано при использовании лазерных генераторов соответствующей длины волны генерируемого лазерного излучения. Высокая чувствительность предлагаемой лазерной измерительной системы позволяет на основе измерения весьма малой концентрации урана в составе теплоносителя осуществлять обнаружение протечек теплоносителя и реализовать обнаружение предаварийного состояния тепловыделяющих сборок.The proposed laser measuring system makes it possible to accurately determine the presence in the coolant of a nuclear reactor of a chemical element - uranium, which enters the coolant when depressurization and other technological defects of the fuel elements occur. Uranium detection can be implemented using laser generators of the appropriate wavelength of the generated laser radiation. The high sensitivity of the proposed laser measuring system allows, based on the measurement of a very low concentration of uranium in the coolant, to detect leakages of the coolant and to detect the pre-emergency state of fuel assemblies.

Следует отметить, что предлагаемая лазерная система, реализующая метод обнаружения и измерения уровня протечки непосредственно в контуре теплоносителя ядерного реактора, не имеет аналогов в современной специальной измерительной технике ядерных реакторов и реализуется впервые.It should be noted that the proposed laser system, which implements a method for detecting and measuring the level of leakage directly in the coolant circuit of a nuclear reactor, has no analogues in modern special measuring technology of nuclear reactors and is being implemented for the first time.

Использование предлагаемой лазерной измерительной системы в составе ядерного энергетического реактора позволяет реализовать следующие преимущества и обеспечить решение следующих проблем в области эксплуатации современных ядерных реакторов:Using the proposed laser measuring system as part of a nuclear power reactor allows you to realize the following advantages and provide a solution to the following problems in the field of operation of modern nuclear reactors:

1) Обеспечение возможности проведения контроля состава теплоносителя непосредственно в первом и втором контурах ядерного реактора при действующих параметрах водной среды. При этом возможно определение концентрации не только борной кислоты, но и других возможных примесей, например, примесей урана, образующихся при длительной работе ядерного реактора и воздействия радиации. Для обнаружения указанных примесей возможно использование всего спектра лазерного излучения от короткого ультрафиолета до инфракрасного излучения, способного распространяться в водной среде.1) Ensuring the possibility of monitoring the composition of the coolant directly in the first and second circuits of a nuclear reactor with the current parameters of the aqueous medium. In this case, it is possible to determine the concentration of not only boric acid, but also other possible impurities, for example, uranium impurities formed during prolonged operation of a nuclear reactor and exposure to radiation. To detect these impurities, it is possible to use the entire spectrum of laser radiation from short ultraviolet to infrared radiation that can propagate in an aqueous medium.

2) В необслуживаемых и полуобслуживаемых помещениях первого контура (зона строгого режима) устанавливаются только измерительные кюветы. Вспомогательное оборудование лазерной измерительной системы и устройства отображения информации могут быть вынесены в любое помещение АЭС на расстояние порядка 1000 метров от ядерного реактора за счет использования волоконно-оптической линии связи. Такая структура при высоком ресурсе работы измерительных кювет позволит снизить дозовые нагрузки обслуживающего персонала АЭС.2) In unattended and semi-serviced rooms of the first circuit (strict mode zone), only measuring cuvettes are installed. Auxiliary equipment for the laser measuring system and information display devices can be taken out to any room of a nuclear power plant at a distance of about 1000 meters from a nuclear reactor through the use of a fiber-optic communication line. Such a structure with a high service life of measuring cuvettes will reduce the dose loads of the NPP staff.

3) Применение предлагаемой лазерной измерительной системы позволяет своевременно организовать работы по предотвращению аварийной ситуации высокого уровня.3) The application of the proposed laser measuring system allows timely organization of work to prevent a high-level emergency.

Предлагаемая лазерная измерительная система вследствие высокой точности измерений, широкого диапазона измерений концентраций исследуемых веществ и высокой оперативности выполнения измерений найдет применение в различных областях производства, химической, нефтеперерабатывающей промышленности и системах мониторинга окружающей среды и экологического контроля.The proposed laser measuring system due to its high accuracy of measurements, a wide range of measurements of the concentrations of the investigated substances and the high efficiency of measurements will find application in various fields of production, chemical, oil refining industries and environmental monitoring systems and environmental control.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2543942 (опубл. 10.03.2015). Система обнаружения протечек с использованием измерительного кабеля.1. RF patent No. 2543942 (publ. 03/10/2015). Leak detection system using measuring cable.

2. Патент РФ №2417357 (опубл. 27.04.2011). Устройство для контроля герметичности.2. RF patent No. 2417357 (publ. 04/27/2011). Device for tightness control.

3. Патент РФ №2589726 (опубл. 10.07.2016). Система мониторинга протечек бассейна выдержки атомной электростанции.3. RF patent No. 2589726 (publ. 07/10/2016). Leakage monitoring system for the exposure pool of a nuclear power plant.

4. Патент РФ №2575948 (опубл. 27.02.2016). Устройство обнаружения протечки и покрытие элемента транспортировки текучей среды.4. RF patent No. 2575948 (published on 02.27.2016). Leak detection device and coating of a fluid transport element.

5. Патент РФ на полезную модель №111709 (опубл. 20.12.2011). Система определения течи теплоносителя.5. RF patent for utility model No. 111709 (published on December 20, 2011). The system for determining the coolant leak.

6. Манкевич С.К., Орлов Е.П. Абсорбционно-спектральный фотометрический метод измерения концентрации борной кислоты в теплоносителе контура охлаждения энергетического ядерного реактора. Атомная энергия, 2016, Т. 121, вып. 5, стр. 265-269.6. Mankevich S.K., Orlov E.P. Absorption-spectral photometric method for measuring the concentration of boric acid in the coolant of a cooling circuit of a nuclear power reactor. Atomic Energy, 2016, vol. 121, no. 5, pp. 265-269.

7. Манкевич С.К., Орлов Е.П. Абсорбционно-спектральный метод контроля характеристик теплоносителя в ядерном энергетическом реакторе. Препринт ФИАН №12. М. 2015. 34 с.7. Mankevich S.K., Orlov E.P. Absorption-spectral method for monitoring the characteristics of the coolant in a nuclear power reactor. Preprint FIAN No. 12. M. 2015.34 s.

8. Патент РФ №2594364 (опубл. 20.08.2016). Система измерения концентрации борной кислоты в первом контуре теплоносителя ядерного энергетического реактора.8. RF patent No. 2594364 (publ. 08/20/2016). A system for measuring the concentration of boric acid in the primary coolant circuit of a nuclear power reactor.

9. Патент РФ №2606369 (опубл. 10.01.2017). Система измерения концентрации борной кислоты в контуре теплоносителя энергетического ядерного реактора. (ближайший аналог).9. RF patent №2606369 (publ. 01/10/2017). A system for measuring the concentration of boric acid in the coolant circuit of a nuclear power reactor. (closest analogue).

10. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М. Радио и связь. 1985, стр. 134-234.10. Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. M. Radio and communications. 1985, pp. 134-234.

11. Балакший В.И., Манкевич С.К., Парыгин В.Н. Квантовая электроника. 1985, Т. 12, №4.11. Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. Quantum Electronics. 1985, T. 12, No. 4.

12. Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света. М.: Наука, 1970.12. Mustel E.R., Parygin V.N. Methods of modulation and scanning of light. M .: Nauka, 1970.

13. Патент РФ №2248555 (опубл. 20.03.2005). Способ определения характеристик лазерной среды и устройство для его осуществления.13. RF patent No. 2248555 (publ. 20.03.2005). A method for determining the characteristics of a laser medium and a device for its implementation.

Claims

1. A laser system for detecting leaks in the coolant circuit of a nuclear power reactor, comprising a first and second laser generators, a laser radiation meter, a first measuring cell connected to a first coolant circuit of a nuclear power reactor, two photodetector units, a first controllable spectral filter, a first fiber an optical line with fiber adapters, two remote mirrors with control units, a processing and control unit, as well as four corner reflectors, four reflections eel mirrors and six translucent mirrors, with the first measuring cuvette mounted on the first optical axis between the first and second corner reflectors, the optical input of the first measuring cuvette is optically connected to the outputs of laser generators and the first translucent mirror and the second reflective mirror and with the optical input of the first controllable spectral filter by means of a fourth translucent mirror and a fourth reflective mirror, optical the output of the first controllable spectral filter is connected to the optical input of the first photodetector unit, the outputs of the first and second photodetector units are connected to the processing and control unit, the optical input of the laser radiation meter is optically connected to the outputs of the first and second laser generators via the first and second translucent mirrors and the second reflective mirror , control inputs of laser generators, laser radiation meter, first controllable spectral filter and remote control units mirrors connected to a processing and control unit, characterized in that a second measuring cell is introduced, connected to a second coolant circuit of a nuclear power reactor, a second fiber optic line equipped with fiber adapters, three optical delay lines, a third photodetector unit, a second and third controlled spectral filters, an interchangeable filter unit, two corner reflectors and five translucent mirrors, with the first optical delay line mounted on the first optical axis between the optical With the output of the first measuring cell and the second angular reflector, optically connected the third angular reflector, the sixth translucent mirror, the second measuring cell, the second optical delay line and the fourth angular reflector are sequentially mounted on the second optical axis, the fifth angular reflector is installed in series on the third optical axis, the eighth a semitransparent mirror, a block of replaceable filters, a third optical delay line and a sixth corner reflector, an optical input of a block of replaceable filters iltrov is optically coupled through the eighth translucent mirror to the optical input of the third controllable spectral filter, and is also additionally connected to the outputs of the laser generators through the eighth and eleventh translucent mirrors, the first and third reflective mirrors, the third and first translucent mirrors and the second reflective mirror, the optical input of the second measuring the cell is optically coupled to the optical input of the second controllable spectral filter by means of a sixth translucent a mirror and a second fiber-optic line, the optical input of which is additionally connected to the outputs of the laser generators through the seventh translucent mirror, the first and third reflective mirrors, the third and first translucent mirrors and the second reflective mirror, the optical outputs of the second and third controllable spectral filters are optically coupled to optical the inputs of the second and third photodetector units, respectively, the optical input of the filter cartridge is optically coupled to the optical input of the first controlled spectral filter through the eighth and tenth translucent mirrors and the first remote mirror in the entered state, and is additionally connected to the optical input of the second controlled spectral filter through the eighth and ninth translucent mirrors and the second remote mirror in the entered state, the control inputs of the second and third controlled spectral filters connected to the processing and control unit, the output of the third photodetector unit and the control input of the replaceable filter unit under are connected to the processing and control unit.

2. The system according to claim 1, characterized in that the optical delay lines are based on optically serially connected input fiber adapter, fiber optic line and output fiber adapter.

3. The system according to claim 1, characterized in that the replaceable filter unit is based on a disk holder of optical filters and a stepper motor, the control input of which is connected to the processing and control unit.

4. The system according to claim 1, characterized in that each of the controlled spectral filters is made on the basis of an acousto-optic cell designed to excite acoustic waves interacting with laser radiation passing through the cell.

5. The system according to claim 1, characterized in that the first laser generator is made to generate laser radiation in the ultraviolet wavelength range.

6. The system according to claim 1, characterized in that the first and second laser generators are configured to tune the wavelength of the generated laser radiation.