Лазерная система измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора

Лазерная система измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к атомной энергетике и измерительной лазерной технике и предназначено для оперативного измерения физических характеристик теплоносителя, в частности, измерения паросодержания в теплоносителе в активной зоне ядерных реакторов РБМК и ВВЭР. РБМК - реактор большой мощности канальный (кипящий). ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор. Лазерная система осуществляет непрерывное измерение плотности теплоносителя и уровня парообразования в толще теплоносителя в активной зоне ядерного реактора с водным теплоносителем. Это обеспечивает непрерывный контроль уровня парового коэффициента реактивности ядерного реактора с целью предотвращения возможности тепловой перегрузки ядерного реактора и теплового взрыва, аналогичного Чернобыльской аварии.

В водных реакторах типа ВВЭР и РБМК вода, являющаяся теплоносителем, одновременно выполняет функции поглотителя и замедлителя нейтронов. Поэтому физические и химические характеристики теплоносителя определяют режим работы ядерного реактора и являются важным фактором управления ядерным реактором. В реакторе РБМК вода кипит внутри реактора и частично превращается в пар, который имеет меньшую плотность и является худшим замедлителем и поглотителем нейтронов, по сравнению с водой. Поэтому уровень парообразования в теплоносителе в активной зоне ядерного реактора определяет уровень паровой реактивности реактора - так называемый паровой коэффициент реактивности, который является составной частью общей реактивности ядерного реактора. Для эффективного управления ядерным реактором и обеспечения его безопасной работы необходим постоянный контроль паровой реактивности реактора, который может быть обеспечен непрерывным измерением плотности теплоносителя и уровня паросодержания в различных отдельных точках активной зоны ядерного реактора. До настоящего времени такая задача в полной мере не решена. Обеспечивается лишь контроль параметров пара на выходе реакторной установки, что недостаточно, так как характеризует интегральный уровень парообразования в ядерном реакторе. При этом в отдельных областях активной зоны реактора уровень парообразования может превысить допустимые значения, что может привести к положительному паровому коэффициенту реактивности, возникновению положительной обратной связи в реактивности, при которой рост мощности реактора вызывает повышение парообразования и приводит к дальнейшей еще большей мощности реактора. Это приводит к быстрой тепловой перегрузке реактора и может явиться причиной теплового взрыва реактора, как это произошло в Чернобыльской аварии. В ядерных реакторах типа ВВЭР кипение воды в теплоносителе и образование пузырьков пара является недопустимым и свидетельствует об аварийном режиме работы реактора. Поэтому в реакторах ВВЭР предлагаемая система может быть использована в качестве предохранительного устройства, осуществляющего непрерывный мониторинг плотности теплоносителя и оперативно сигнализирующего о возникновении аварийного режима работы ядерного реактора. Таким образом, измерение плотности теплоносителя и уровня парообразования в толще теплоносителя в отдельных областях активной зоны ядерного реактора с высокой точностью и оперативностью является актуальной проблемой и важным фактором управления работой и обеспечения безопасности ядерного реактора.

В настоящее время существует несколько методов определения уровня парообразования при кипении жидкостей и воды. Известен способ и устройство для определения закипания жидкости по патенту РФ №2065604 от 20.08.1996 г. [1]. Способ основан на осуществлении измерения уровня шума в жидкости с использованием ультразвуковых датчиков, а момент закипания и пузырькового кипения определяют по максимальному уровню шума. К недостаткам способа и устройства следует отнести низкую точность и низкую помехозащищенность. Главным недостатком является невозможность использования данных способа и устройства для работы в ядерном реакторе. Известен способ определения пузырькового кипения по патенту РФ №2238547 от 20.10.2004 г. [2]. Способ основан на контроле физической величины, например, проводимости или диэлектрической проницаемости в жидкости, и определении момента закипания по резкому изменению переменной составляющей измеряемой величины посредством датчиков проводимости и датчиков диэлектрической проницаемости, размещаемых в жидкости. К недостаткам данного способа следует отнести невозможность точного определения уровня парообразования и, соответственно, плотности жидкости, а также невозможность использования устройств, реализующих данный способ, в активной зоне ядерного реактора. Известен способ безынерционного контроля паросодержания в теплоносителе ядерного реактора по патенту РФ №2167457 [3]. Способ основан на размещении в теплоносителе коллектора и эмиттера бетта-электронов. Эмиттер выполнен на основе Стронция-90, переходящего при радиоактивном распаде в короткоживущий радиоактивный изотоп Иттрий-90, испускающий при бетта-распаде бетта-электроны. Последние проходят через слой теплоносителя и собираются на коллекторе. Ток с коллектора поступает на предварительный преобразователь и далее на измерительное устройство. По величине тока определяется уровень паросодержания в данном участке теплоносителя. К недостаткам данного способа и реализующего устройства следует отнести низкую точность определения уровня паросодержания вследствие отсутствия информации о точной величине эмиттируемых из эмиттера бетта-электронов в условиях высокого уровня радиации в активной зоне ядерного реактора. Большую сложность также представляет определение (измерение) величины постоянного электрического тока с коллектора и передача этой информации на значительное расстояние в жестких температурных и радиационных условиях, характерных для активной зоны ядерного реактора, при которых невозможно обеспечить непрерывную работу современных электронных измерительных средств. Известны способ и канал обнаружения кипения теплоносителя в активной зоне реактора ВВЭР по патенту РФ №2437176 [4]. Способ включает оценку флуктуаций нейтронного потока, выделение, обработку и оценку сигналов от детекторов нейтронов по всей высоте сборки ТВС, компенсацию помеховых и паразитных сигналов, присутствующих в активной зоне ВВЭР. Канал обнаружения включает детекторы нейтронов, являющихся датчиками прямой зарядки, распределенными по всей высоте контролируемой ТВС, а также содержит располагаемые в активной зоне реактора полосовые фильтры, блоки обработки сигналов. Согласно способу осуществляют регистрацию флуктуаций нейтронного потока на фоне шумов и помех активной зоны реактора, а наличие кипения в теплоносителе определяют по превышению уровня флуктуаций выше некоторого заданного предела. К недостаткам данного способа и реализующего устройства следует отнести низкую точность определения паросодержания теплоносителя, а также низкую достоверность получаемых результатов. Уровень паросодержания определяется косвенным путем по превышению флуктуаций нейтронного потока выше некоторого установленного расчетным путем предела. В то же время определение уровня паросодержания необходимо для того, чтобы своевременно предотвратить именно это недопустимое увеличение флуктуаций мощности реактора, характерное для аварийного режима работы реактора. Можно утверждать, что получаемая в данном способе информация является запоздалой и не обеспечивает в полной мере безопасность работы ядерного реактора. Недостатком устройства, реализующего способ, является размещение измерительных блоков в активной зоне реактора, что существенно снижает точность и достоверность проводимых измерений.

Известен способ определения парового коэффициента реактивности на АЭС с реакторными установками типа РБМК по патенту РФ №2136062 [5]. Способ включает контроль процессов изменения нейтронно-физических параметров реакторной установки при изменении расходов питательной воды, при этом отбирают процессы с естественным изменением расходов питательной воды, обусловленные работой автоматических регуляторов уровня воды, и удовлетворяющие условиям стабилизации в течение не менее 2 мин., отсутствие перемещения стержней СУЗ в течение 2 мин., а паровой коэффициент реактивности определяют из отношения возмущения расходов питательной воды к изменению среднего объемного изменения текущего расхода питательной воды. К недостаткам данного способа следует отнести низкую оперативность получения конечной информации о параметрах режима работы реакторной установки, низкую точность и низкую достоверность получаемой оценки паровой реактивности реакторной установки, что обусловлено косвенной оценкой текущего паросодержания, наличием ряда случайных и неконтролируемых факторов, влияющих на процесс измерения расходов и флуктуаций питательной воды и оценки на этой основе изменения паросодержания в реакторной установке. Вследствие этого данный способ не обеспечивает необходимого уровня безопасности работы АЭС с данным типом реакторной установки.

Таким образом, известные методы и устройства не решают задачи точного определения уровня парообразования в жидкости и не пригодны к использованию в ядерном реакторе. Известен способ и система для контроля качества пара по патентам США [6] и РФ [7]. Способ включает излучение оптическим датчиком ряда длин волн, пропускание их через влажный пар внутри турбины и измерение оптическим датчиком интенсивности пара, соответствующей каждой из длин волн, на основании чего осуществляют расчет отношения интенсивностей влажного и сухого пара, по которым судят о параметрах качества пара внутри паровой турбины. Система, реализующая способ, содержит паровую турбину, причем оптический излучатель и оптический детектор расположены внутри турбины. К недостаткам данной системы следует отнести низкую точность и низкую достоверность получаемых результатов измерений параметров пара, что обусловлено отсутствием контроля параметров оптического излучения, генерируемого оптическим излучателем, находящимся внутри паровой турбины, а также отсутствием контроля чувствительности оптического детектора на различных длинах волн, также находящегося внутри паровой турбины. Физические условия внутри паровой турбины не позволяют обеспечить и гарантировать эффективность, точность и надежность работы современной электронной аппаратуры. Следует отметить невозможность использования данной системы для работы в составе ядерного реактора.

Наиболее адекватным методом решения проблемы измерения параметров жидкости в условиях теплоносителя ядерного реактора является оптический метод измерения характеристик теплоносителя, предложенный авторами в работах [8], [9] и реализованный в системах измерения по патентам РФ №2594364 от 14.05.2015 г. [10] и №2606369 от 16.05.2015 г. [11]. В указанных системах осуществляется просвечивание теплоносителя лазерным излучением и измерение характеристик излучения, прошедшего через слой теплоносителя. Измеренные параметры прошедшего через теплоноситель лазерного излучения позволяют оценить уровень парообразования и плотность теплоносителя, а также обеспечивают оперативное измерение 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. В качестве прототипа выбрана наиболее близкая по технической реализации система измерения по патенту РФ №2606369 [11]. Система измерений содержит первый и второй лазерные генераторы, две оптических кюветы, фотоприемный блока, измерители лазерного излучения на основе фотоприемных блоков, оптический модулятор, выполняющий функцию управляемого оптического фильтра, адаптеры волокна, волоконно-оптические линии, 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 ограниченную точность измерения уровня паросодержания теплоносителя вследствие отсутствия эталонного объекта с известным уровнем содержания пара, с которым осуществляется сравнение измеренных оптических параметров теплоносителя в ядерном реакторе. В данной известной измерительной системе определение паросодержания осуществлялось на основе использования специальных таблиц, связывающих уровень паросодержания с оптическим поглощением излучения, прошедшего через исследуемую жидкую среду, например, водную среду на различных длинах волн оптического излучения. Такой метод позволяет измерить уровень паросодержания при использовании, например, двух различающихся длин волн оптического диапазона, однако точность и достоверность такого измерения недостаточны для использования при ответственных измерениях параметров теплоносителя в ядерном реакторе.

Целью данного изобретения является преодоление указанных недостатков известных измерительных систем, увеличение точности измерения паросодержания в теплоносителе в активной зоне ядерного реактора в условиях высокого уровня радиации, температуры и давления, увеличение надежности работы измерительной аппаратуры в условиях ядерного реактора и обеспечение высокой достоверности получаемых результатов, предотвращение тепловой перегрузки ядерного реактора и исключение возможности теплового взрыва. Поставленная цель достигается путем осуществления измерения оптических параметров теплоносителя с помощью нескольких оптических датчиков, размещенных по отдельности или компактно в виде триады в одном или нескольких точках теплоносителя, а также на основе использования специальной модели-аналога ядерного реактора, оптические параметры которой измеряются одновременно с измерением оптических параметров теплоносителя ядерного реактора и с помощью тех же оптических измерительных блоков и элементов.

Достигаемым новым техническим результатом является увеличение точности измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора в различных точках контура теплоносителя и в активной зоне ядерного реактора, увеличение надежности и достоверности получаемых результатов измерения параметров теплоносителя.

Новый технический результат достигается следующим.

1. В лазерной системе измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора, содержащей первый и второй лазерные генераторы, первый и второй измерители лазерного излучения, первый и второй оптические переключатели, первый адаптер волокна, соединенный с первой волоконно-оптической линией, первый оптический датчик, размещенный в трубопроводе теплоносителя ядерного энергетического реактора и содержащий последовательно установленные на фиксированном расстоянии первый расширитель пучка и первый оптический отражатель, а также содержащая пять полупрозрачных и одно отражательное зеркало, блок управления, подключенный к блоку обработки информации, первый фотоприемный блок, оптически связанный с первым управляемым оптическим фильтром, оптический вход которого посредством полупрозрачного зеркала связан с первым входом первого оптического переключателя, выходы лазерных генераторов посредством первого отражательного и полупрозрачного зеркал связаны оптически с первым входом первого оптического переключателя, оптический выход первого оптического переключателя посредством первого адаптера волокна и первой волоконной оптической линии связан с оптическим входом первого расширителя пучка в первом оптическом датчике, управляющие входы первого и второго оптических переключателей, первого и второго лазерных генераторов подключены к блоку управления, первый и второй измерители лазерного излучения подключены к блоку обработки информации, выход первого фотоприемного блока подключен к блоку обработки информации, выходы первого и второго лазерных генераторов посредством полупрозрачных зеркал связаны соответственно со входами первого и второго измерителей лазерного излучения, введены второй и третий оптические датчики, три оптических затвора, второй и третий, фотоприемные блоки, второй и третий управляемые оптические фильтры, третий и четвертый оптические переключатели, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ), семь волоконно-оптических линий, семь адаптеров волокна, оптический осветитель, телевизионная камера, второе отражательное и два полупрозрачных зеркала, а также введена модель-аналог ядерного реактора, содержащая контейнер, заполненный водой, с размещенными в нем четвертым, пятым и шестым оптическими датчиками, нагревательным элементом, датчиком температуры, двумя ультразвуковыми возбудителями и вентилятором, при этом модель-аналог снабжена входным и выходным оптическими иллюминаторами, второй, четвертый и пятый оптические датчики аналогичны первому оптическому датчику и содержат расширитель пучка и оптический отражатель, третий и шестой оптические датчики содержат расположенные на одной оптической оси на фиксированном расстоянии друг от друга расширители пучка, соединенные с волоконно-оптическими линиями, второй и третий оптические датчики расположены совместно с первым оптическим датчиком в трубопроводе теплоносителя ядерного реактора, оптический вход второго фотоприемного блока через второй управляемый оптический фильтр и вновь введенное полупрозрачное зеркало связан с оптическим входом третьего оптического переключателя, первый оптический затвор установлен на оптической оси между оптическим выходом первого лазерного генератора и оптическим входом первого оптического переключателя и оптически связывает выходы лазерных генераторов с оптическим входом первого оптического переключателя, оптический вход второго оптического затвора посредством трех полупрозрачных зеркал и первого отражательного зеркала связан одновременно с оптическими выходами первого и второго лазерных генераторов, оптический выход второго оптического затвора оптически связан с оптическим входом третьего оптического переключателя, оптический вход третьего оптического затвора посредством второго отражательного зеркала, трех полупрозрачных зеркал и первого отражательного зеркала оптически связан одновременно с оптическими выходами первого и второго лазерных генераторов, оптический выход третьего оптического затвора оптически связан с оптическим входом четвертого оптического переключателя, оптический выход третьего оптического переключателя посредством второго адаптера волокна и волоконно-оптической линии связан с оптическим входом второго расширителя пучка второго оптического датчика, оптический выход четвертого оптического переключателя посредством третьего адаптера волокна и волоконно-оптической линии оптически связан с оптическим входом третьего расширителя пучка в третьем оптическом датчике, а второй оптический выход четвертого оптического переключателя посредством шестого адаптера волокна и волоконно-оптической линии оптически связан с седьмым расширителем пучка шестого оптического датчика, размещенного в модели-аналоге ядерного реактора, второй оптический выход первого оптического переключателя оптически связан посредством четвертого адаптера волокна и волоконно-оптической линии с оптическим входом пятого расширителя пучка в четвертом оптическом датчике, размещенном в модели-аналоге ядерного реактора, второй оптический выход третьего оптического переключателя посредством пятого адаптера волокна и волоконно-оптической линии оптически связан с оптическим входом шестого расширителя пучка в пятом оптическом датчике, размещенном в модели-аналоге ядерного реактора, оптический выход четвертого расширителя пучка в третьем оптическом датчике посредством волоконно-оптической линии и восьмого адаптера волокна оптически связан с первым оптическим входом второго оптического переключателя, оптический выход восьмого расширителя пучка шестого оптического датчика оптически связан посредством волоконно-оптической линии и седьмого адаптера волокна со вторым оптическим входом второго оптического переключателя, оптический выход второго оптического переключателя связан с оптическим входом третьего управляемого оптического фильтра, выход которого оптически связан с оптическим входом третьего фотоприемного блока, выходы второго и третьего фотоприемных блоков подключены ко входам блока обработки информации, выход третьего фотоприемного блока дополнительно подключен ко входу блока быстрого преобразования Фурье, выход которого подключен к блоку обработки информации, управляющие входы третьего и четвертого оптических переключателей подключены к блоку управления, управляющие входы второго и третьего управляемых оптических фильтров подключены к блоку управления, управляющие входы трех оптических затворов подключены к блоку управления, телевизионная камера и оптический осветитель расположены на одной оптической оси, проходящей через объем контейнера модели-аналога ядерного реактора, причем, оптический вход телевизионной камеры оптически связан с первым оптическим иллюминатором модели-аналога, а оптический выход оптического осветителя связан со вторым оптическим иллюминатором модели-аналога, выход телевизионной камеры подключен к блоку обработки информации, оптический осветитель подсоединен к блоку управления, первый и второй ультразвуковые возбудители подключены к управляющему генератору, вход которого подключен к блоку управления, нагревательный элемент и вентилятор подключены к блоку управления, датчик температуры подсоединен к блоку обработки информации.

2. В системе по пункту 1 оптические отражатели выполнены на основе многоэлементной матрицы уголковых оптических отражателей.

3. В системе по пункту 1 расширитель пучка помещен в водонепроницаемый бокс, снабженный оптическим иллюминатором.

4. В системе по пункту 1 оптический датчик содержит последовательно оптически связанные расширитель пучка, поворотное отражательное зеркало и оптический отражатель, причем поворотное оптическое зеркало и оптический отражатель снабжены обтекателями.

5. В системе по пункту 1 второй лазерный генератор выполнен с возможностью перестройки длины волны генерируемого лазерного излучения в пределах видимого диапазона длин волн.

6. В системе по пункту 1 управляемый оптический фильтр выполнен на основе акустооптической ячейки, работающей в видимом диапазоне длин волн.

7. В системе по пункту 1 оптический датчик содержит последовательно оптически связанные входной расширитель пучка, первое оптическое отражательное зеркало, второе оптическое отражательное зеркало и выходной расширитель пучка.

В представленной формуле изобретения лазерной измерительной системы в ограничительной части формулы содержится один фотоприемный блок, так как остальные фотоприемники в прототипе выполняют функции измерителей лазерного излучения и представлены под этим названием в упомянутой ограничительной части.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой лазерной системы измерения паросодержания в теплоносителе ядерного энергетического реактора. Цифрами обозначены следующие элементы.

1 Первый лазерный генератор.

2 Второй лазерный генератор.

3 Первый измеритель лазерного излучения (ЛИ).

4 Второй измеритель лазерного излучения.

5 Первое полупрозрачное зеркало.

6 Второе полупрозрачное зеркало.

7, 8, 9 - Полупрозрачные зеркала (третье, четвертое и пятое полупрозрачные зеркала).

10. Первое отражательное зеркало.

11. Первый оптический переключатель.

12. Первый адаптер волокна.

13. Первая волоконно-оптическая линия.

14. Первый расширитель пучка.

15. Первый оптический отражатель (элементы поз. 14 и 15 составляют первый оптический датчик).

16. Первый фотоприемный блок (ФПБ).

17. Первый управляемый оптический фильтр.

18. Второй оптический переключатель.

Лазерная измерительная система содержит также следующие элементы:

70. Блок управления.

71. Блок обработки информации.

Далее цифрами обозначены вновь введенные элементы:

19. Первый оптический затвор.

20. Второй расширитель пучка.

21. Второй оптический отражатель (элементы поз. 20 и 21 составляют второй оптический датчик).

22. Третий расширитель щучка.

23. Четвертый расширитель пучка (элементы поз. 22 и 23 составляют третий оптический датчик).

Первый, второй и третий оптические датчики расположены в трубопроводе теплоносителя поз. 66.

24. Вторая волоконно-оптическая линия.

25. Третья волоконно-оптическая линия.

26. Второй адаптер волокна.

27. Третий адаптер волокна.

28. Четвертая волоконно-оптическая линия.

29. Третий оптический переключатель.

30. Четвертый оптический переключатель.

31. Второй оптический затвор.

32. Третий оптический затвор.

33. Второй управляемый оптический фильтр.

34. Второй фотоприемный блок.

35. Третий фотоприемный блок.

36. Третий управляемый оптический фильтр.

37. Четвертый адаптер волокна.

38. Пятый адаптер волокна.

39. Шестой адаптер волокна.

40. Модель-аналог ядерного энергетического реактора.

152. Контейнер модели-аналога ядерного реактора, заполненный водой.

В состав модели-аналога входят следующие элементы, обозначенные позициями 41-49 и 55, 56 и размещенными в заполненном водой контейнере поз. 152.

41. Пятый расширитель пучка.

42. Третий оптический отражатель (элементы поз. 41 и 42 составляют четвертый оптический датчик).

43. Шестой расширитель пучка.

44. Четвертый оптический отражатель (элементы поз. 43 и 44 составляют пятый оптический датчик).

45. Седьмой расширитель пучка.

46. Восьмой расширитель пучка (элементы поз. 45 и 46 составляют шестой оптический датчик).

47. Нагревательный элемент.

48. 49 - Ультразвуковые возбудители.

50. Управляющий генератор.

51. Оптический осветитель.

52. Телевизионная камера.

53. 54 - Оптические иллюминаторы.

55. Вентилятор.

56. Датчик температуры.

Далее лазерная система содержит следующие элементы.

57. Пятая волоконно-оптическая линия.

58. Шестая волоконно-оптическая линия.

59. Седьмая волоконно-оптическая линия.

60. Седьмой адаптер волокна.

61. Восьмой адаптер волокна.

62. Восьмая волоконно-оптическая линия.

63. Шестое полупрозрачное зеркало.

64. Седьмое полупрозрачное зеркало.

65. Второе отражательное зеркало.

66. Трубопровод теплоносителя, в котором размещены первый, второй и третий оптические датчики (показано условно). Крепления оптических датчиков в данном трубопроводе не показаны, а также не показаны элементы вывода волоконно-оптических линий из трубопровода (проходные втулки).

67. Блок быстрого Фурье-преобразования (БПФ).

68. 69 - стрелки, показывающие направление движения теплоносителя и паровых пузырьков.

70. Блок управления.

71. Блок обработки информации.

152. Контейнер, заполненный водой, в котором размещены элементы модели-аналога 40 ядерного реактора.

На фиг. 1 оптические оси оптических датчиков параллельны плоскости чертежа. Направление трубопровода 66 и направление движения теплоносителя 68 в трубопроводе параллельны плоскости чертежа. Оптические оси оптических датчиков перпендикулярны направлению трубопровода.

На фиг. 2 отдельно представлена конструкция оптического датчика первого (отражательного) типа, содержащего расширитель пучка 14 и оптический отражатель 15. Здесь цифрами обозначены элементы:

72. Несущая рама.

73. Оптическая ось оптического датчика; d - толщина рамы, «а» - направление движения теплоносителя.

На фиг. 3 отдельно представлена конструкция оптического датчика второго (проходного) типа, содержащего два расширителя пучка 22 и 23.

74. Несущая рама.

75. Оптическая ось оптического датчика.

Одинаковые элементы с фиг. 1 отмечены одинаковыми цифрами.

На фиг.4 представлен вид сбоку на оптический датчик фиг. 2 вид по стрелке «а».

На фиг. 5 показано условно взаимное расположение трех оптических датчиков в трубопроводе теплоносителя (поз. 66 на фиг. 1). Вид сбоку параллельно оптическим осям оптических датчиков (вид вдоль оптических осей оптических датчиков). Нумерация соответствует фиг. 1.

Представлен вариант, когда оптические оси оптических датчиков параллельны, но не находятся в одной плоскости. Элементы крепления оптических датчиков не показаны.

66. Трубопровод теплоносителя, в котором размещены оптические датчики.

Направление трубопровода параллельно плоскости чертежа. Выходы волоконно-оптических линий из трубопровода 66 показаны условно. Оптические оси оптических датчиков перпендикулярны направлению трубопровода и перпендикулярны плоскости чертежа.

76. Данной позицией отмечены показанные условно проходные втулки, обеспечивающие выход волоконно-оптических линий из трубопровода 66, в котором размещены оптические датчики. Поз. 68 - направление трубопровода 66 и направление движения теплоносителя.

В качестве трубопровода теплоносителя 66, в котором размещаются оптические датчики, может быть использован главный суммарный трубопровод технологических каналов ядерного реактора или байпас этого трубопровода (обходной трубопровод) см. ниже.

На фиг. 6 представлена блок-схема функционирования первого оптического датчика. Нумерация позиций соответствует фиг. 1.

На фиг. 7 представлена блок-схема функционирования третьего оптического датчика. Нумерация позиций соответствует фиг. 1.

На фиг. 8 представлена схема конструкции расширителя пучка, помещенного в водонепроницаемый бокс. Цифрами обозначены элементы:

77. Линза.

78. Волоконно-оптическая линия.

79. Корпус водонепроницаемого бокса.

80. Защитное стекло.

На фиг. 9 представлена схема энергоблока атомной электростанции с ядерным реактором типа РБМК. Цифрами обозначены следующие элементы реактора и энергоблока.

81. Технологические (топливные) каналы РБМК.

82. Каналы системы управления и защиты (СУЗ).

83. Главный суммарный трубопровод технологических каналов ядерного реактора, далее главный суммарный трубопровод (ГСТ).

84. Графитовый замедлитель.

85. Паросепаратор с выходами пара 86 и водной фракции 87. Поз. 86 - выходной трубопровод паросепаратора.

88. Циркуляционные насосы.

89. Охлаждающая вода.

90. Главный трубопровод подачи воды (теплоносителя) на входы технологических каналов реактора.

91. Направление движения теплоносителя в технологических каналах.

92. Турбины высокого давления.

93. Турбины низкого давления.

94. Электрический генератор.

149. Вспомогательный водяной контур.

Места расположения оптических датчиков предлагаемой лазерной системы измерения обозначены следующими цифрами:

95. В байпасе главного суммарного трубопровода, или непосредственно в главном суммарном трубопроводе 83.

96. В технологических каналах 81 в активной зоне реактора.

97. В канале системы управления и защиты (СУЗ 82).

98. На выходе паросепаратора 85.

99. В главном трубопроводе подачи теплоносителя на входы технологических каналов 90, или на байпасе этого трубопровода.

На фиг. 10 представлена схема размещения триады оптических датчиков (фиг. 5) в байпасе главного суммарного трубопровода технологических каналов. Цифрами обозначены следующие элементы.

100. Выходы технологических (топливных) каналов ядерного реактора.

101. Главный суммарный трубопровод.

102. Байпас главного суммарного трубопровода.

103. Место расположения триады оптических датчиков, аналогичных показанному на фиг. 5.

104. Паросепаратор.

105. Выход пара к паровым турбинам.

106. Выход водной фракции к циркуляционным насосам.

На фиг. 11 представлена схема верхней части тепловыделяющей сборки (ТВС) реактора РБМК с размещенным в верхней части ТВС оптическим датчиком проходного типа.

На фиг. 12 представлен вид сечения представленной на фиг. 11 верхней части ТВС с размещенным в верхней части ТВС оптическим датчиком. Представлен вид вниз от плоскости сечения А-А. Цифрами на фиг. 11 и фиг. 12 обозначены следующие элементы.

107. Расширитель пучка (входной).

108, 109 - оптические отражательные зеркала.

110. Расширитель пучка (выходной).

111. Обод и дистанцирующие выступы.

112. Конструктивные элементы ТВС.

113. Центральная труба ТВС.

114. Выходные каналы ТВС, заполненные движущимся теплоносителем.

115. Пучок лазерного зондирующего излучения, пересекающий выходные каналы ТВС.

116. Волоконно-оптическая линия.

119. Несущий стержень, расположенный в центральной трубе (поз. 113).

120. Волоконно-оптическая линия.

Оптический датчик содержит элементы, обозначенные позициями 107-110.

151. Переходник ТВС - верхняя часть ТВС, за которую осуществляется крепление ТВС в технологическом канале реактора.

На фиг. 13 представлена схема сечения верхней части ТВС реактора РБМК с размещенными тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ). Цифрами обозначены следующие элементы.

111. Обод и дистанцирующие выступы (соответствует поз. 111 на фиг. 11 и фиг. 12).

117. Промежуточная ячейка (элементы конструкции ТВС, обеспечивающие фиксацию ТВЭЛов).

118. Тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ), представляющие собой металлические водонепроницаемые цилиндры (гильзы), заполненные ядерным горючим - таблетки окиси урана.

119. Несущий стержень.

113. Центральная труба ТВС (соответствует поз. 113 на фиг. 12)

150. Каналы сквозного прохождения теплоносителя через ТВС (заполнены водой).

На фиг. 14 представлена схема средней части ТВС с размещенным в этой части оптическим датчиком, аналогичным оптическому датчику на фиг. 11 - фиг. 12. Цифрами обозначены следующие элементы.

121. Верхняя секция ТВС реактора РБМК.

122. Нижняя секция ТВС.

118. Тепловыделяющие элементы, соответствующие поз. 118 на фиг. 13.

Оптический датчик (поз. 108, 107) размещен в межсекционном пространстве в плоскости А-А. Элементы крепления оптического датчика не показаны.

Одинаковые с фиг. 11 - фиг. 13 элементы обозначены одинаковыми цифрами.

На фиг. 15 представлен вид сечения средней части ТВС с размещенным оптическим датчиком. Представлен вид вниз от плоскости сечения А-А. Данная схема соответствует схеме на фиг. 14. На данной схеме видны ТВЭЛы с ядерным горючим поз. 118, элементы конструкции ТВС и элементы оптического датчика. Обозначения элементов соответствуют фиг. 11 - фиг. 14.

На представленных схемах не показаны элементы крепления оптических датчиков к конструктивным элементам ТВС.

На фиг. 16 представлена схема расположения оптического датчика в канале системы управления и защиты (СУЗ). Цифрами обозначены следующие элементы.

124. Корпус канала СУЗ.

125. Сливной клапан.

123. Сливной трубопровод.

126. Стержень СУЗ, состоящий из нижней части 127 - вытеснителя, и верхней части 128 - поглотителя.

129. Штанга канала СУЗ (обеспечивает перемещение стержней СУЗ).

130. Активная зона реактора.

131. Оптический отражатель.

132. Расширитель пучка.

133. Волоконно-оптическая линия.

134 Упор канала СУЗ.

На фиг. 17 представлена схема расположения оптического датчика отражательного типа в активной зоне реактора ВВЭР. Цифрами обозначены следующие элементы.

135. Тепловыделяющая сборка (ТВС реактора ВВЭР).

136. Расширитель пучка.

137. Оптический отражатель.

138. Несущая штанга.

139. Обтекатель.

140. Волоконно-оптическая линия.

На фиг. 18 представлена схема второго варианта размещения оптического датчика отражательного типа в активной зоне реактора ВВЭР. Цифрами обозначены следующие элементы.

141. Несущая штанга.

142. Расширитель пучка.

143. Оптический отражатель.

144. Отражательное зеркало.

145, 146 - обтекатели.

147. Волоконно-оптическая линия.

148. Тепловыделяющая сборка.

Представленные на фиг. 17 и фиг. 18 оптические датчики с элементами их крепления и несущей штангой образуют измерительный канал, размещаемый в активной зоне реактора ВВЭР.

На фиг. 19 представлена схема расположения оптического датчика отра