СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ ЗАСЫПКИ ШАРОВЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G21C17/00 

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано при разработке активных зон атомных энергетических установок, в частности высокотемпературных ядерных рекакторов с газовым теплоносителем (ВТГР) и активной зоной, образованной свободной засыпкой шаровых тепловыделяющих элементов (твэл). Изучение структуры засыпки шаровых твэл в активной зоне ВТГР представляет значительный интерес с точки зрения надежности прогнозирования нейтронно-физических и теплофизических харакеристик реактора. Существующие в настоящее время методики расчета основаны на зависимостях, где одной из основных исходных величин является пористость доля объема шаровой засыпки, занимаемая газом. При этом при подготовке нейтронно-физических и теплофизических констант используется распределение пористости по объему активной зоны.

Проведенные оценки максимального нагрева гелия в различных возможных вариантах распределения пористости по локальным объемам активной зоны показали, что неопределенность по температурам может составлять более 100^оС. Таким образом, распределение пористости по объему шаровой засыпки является важным фактором, определяющим температурное состояние активной зоны, и требует специальных исследований.

Известен способ определения пористости шаровой засыпки в активной зоне ядерного реактора, заключающийся в следующем. В отверстия стенки бункера (модели активной зоны реактора) периодически через заданные случайным образом интервалы времени в напавлении исследуемой точки пристенного слоя вводят датчики контактного типа, при обнаружении контакта датчика с шаром или при достижении заданной глубины (но не более 0,5 диаметра шара) датчик выводят из модели, по количеству необнаруженных контактов шара с датчиком в заданном числе вводов датчика оценивают среднюю пористость в окрестности исследуемой точки, а по совокупности отдельных точек в пристенном слое в целом. Усройство для реализации способа содержит стенд с корпусом модели активной зоны, заполненный имитаторами шаровых твэл, оброрудованный средствами загрузки-выгрузки шаровых элементов, датчиками, закрепленными на корпусе модели активной зоны, каждый из которых состоит из электродвигателя, на валу которого размещен эксцентрик, обеспечивающий поступательный ход толкателя на заданную глубину, возвратной пружины толкателя, подпружиненной электроконтактной группы и контактного щупа [1]
Недостатком способа является ограниченность его применения только для определения распределения пористости в пристенном слое бункера (модели активной зоны) глубиной не более 0,5 диаметра шара.

Известен способ определения пористости засыпки шаровых твэл в активной зоне ядерного реактора с помощью их моделей, состоящий в следующем. Через шаровую засыпку пропускают разогретый газ, посредством которого осуществляют спайку покрытых легкоплавким материалом шаров в местах контактов их с соседними шарами (для фиксации шаров в исходном положении при поворачивании модели); заполняют послойно шаровую засыпку жидкостью, измеряя тем самым распределение доли пустот в ней и, следовательно, распределение пористости по высоте и радиусу модели (в последнем случае при поворачивании модели на 90^о). Устройство для реализации способа содержит стенд с корпусом модели активной зоны, заполненный имитаторами шаровых твэл, покрытых легкоплавким материалом, например оловом, оборудованный средствами загрузки-выгрузки шаровых элементов, средствами прокачки через шаровую засыпку разогретого газа, средствами заполнения жидкостью и измерения объема и уровня жидкости, средствами глушения и поворачивания модели в горизонтальное положение [2]
Основными недостатками способа являются значительные технологические сложности (особенно при больших масштабах моделирования, например при М1:3, установки проекта ВГМ), обусловленные необходимостью покрытия большого количества шаров ( ≈800000 шт) оловом и поворачивания модели для определения радиального распределения пористости, а также низкая достоверность результатов ввиду ненадежности сварки шаров в точках контактов, что стало главным фактором, препятствующим внедрению этого способа в практику на предприятии-заявителе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является способ определения пористости шаровой засыпки в модели активной зоны ядерного реактора путем заполнения модели красителем, в результате чего шары окрашиваются, после высыхания красителя шаровая засыпка разбирается по специальному шаблону, на поверхности шаров подсчитывают неокрашенные места, которые принимают как места контактов шаров с соседними шарами (так называемые координационные числа), и далее по ним, используя известные зависимости, рассчитывают распределение пористости шаровой засыпки в модели активной зоны. Устройство для его реализации, являющееся наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявленному, содержит стенд с корпусом модели активной зоны, заполненный имитаторами шаровых твэл, оборудованный средствами загрузки-выгрузки шаровых элементов, средствами разборки шаровой засыпки по специальному шаблону, средствами индикации точек взаимных контактов шаров, состоящими из жидкого красителя и системы заполнения и дренажа его в корпусе модели активной зоны [3]
Недостатком этого способа и устройства является значительная трудоемкость, обусловленная операциями разборки шаровой засыпки в корпусе модели активной зоны, заполнения модели красителем, визуального поиска и подсчета на поверхности шаров характерных следов, оставленных высохшим красителем и принимаемых за точки взаимного контакта шаров.

Целью изобретения является снижение трудоемкости определения пористости за счет исключения операций заполнения корпуса модели красителем, разборки шаровой засыпки, а также визуального поиска и подсчета на поверхности шаров мест взаимных контактов шаров друг с другом.

Цель достигается тем, что по способу определения пористости засыпки шаровых твэл в активной зоне ядерного реактора с помощью их моделей при имитации одного из режимов работы реактора путем определения числа взаимных контактов шаров в локальных объемах шаровой засыпки с последующим расчетом пористости на свободном уровне шаровой засыпки размещают тестовые шары с распределенными по их поверхности датчиками контактного типа, перемещают тестовые шары совместно с шаровой засыпкой, в результате ее перегрузки до достижения тестовыми шарами исследуемых локальных объемов периодически с частотой, достаточной для регистрации возможного изменения пористости в процессе имитации одного из режимов работы реактора, производят опрос состояния датчиков, а по совокупности состояний, преобразованных в электрические сигналы, определяют число и распределение контактов тестовых шаров с соседними.

Цель достигается тем, что в устройстве для реализаии способа определения пористости засыпки шаровых твэл в активной зоне ядерного реактора с помощью их моделей, содержащем стенд с корпусом модели активной зоны, заполненный имитаторами шаровых твэл, оборудованный средствами загрузки-выгрузки шаровых элементов и средствами индикации мест взаимных контактов шаровых элементов, часть шаровых элементов выполнена в качестве тестовых шаров, состоящих из корпуса, выполненного в виде полой разъемной сферической обечайки, наружная поверхность которой состоит из 32 электропроводящих участков, электрически изолированных друг от друга, 12 из них расположены в вершинах вписанного в сферу икосаэдра и ограничены окружностями диаметром d, причем 0,0514d_ш<d<0,5d_ш (d_ш диаметр тестового шара), а 20 электропроводящих участков, перекрывая остальную поверхность сферы, симметрично расположены между окружноятми, каждый участок соединен электрически проводником через проходку в корпусе шара с размещенным внутри него коммутатором сигналов, который имеет связь с системой съема и обработки информации, расположенной вне шаровой засыпки.

Отличительный признак: на поверхности шаровой засыпки размещают тестовые шары в совокупности с остальными существенными признаками обеспечивает условие узучения структуры шаровой засыпки средствами, являющимися частью этой засыпки, и, следовательно, не изменяющих ее структурно-геометрических характеристик.

Отличительный признак "с распределенными по их поверхности датчиками контактного типа" в совокупности с остальными существенными признаками обеспечивает возможность воспринимать тестовыми шарами информацию о контактных взаимодействиях в шаровой засыпке.

Отличительный признак: перемещают тестовые шары совместно с шаровой засыпкой в результате ее перегрузки до достижения тестовыми шарами исследуемых локальных объемов совместно с другими существенными признаками позволяет транспортировать тестовые шары в исследуемую локальную область модели активной зоны без нарушения естественной структуры шаровой засыпки.

Отличительный признак: периодически с частотой, достаточной для регистрации возможного изменения пористости в процессе имитации одного из режимов работы реактора, производят опрос состояния датчиков в совокупности с остальными существенными признаками повзоляет выявить датчики, отреагировавшие в заданный момент времени на механический контакт с соседними шарами как в статике (при неизменном состоянии структуры данного локального объема засыпки), так и в динамике (например, при осуществлении циклов загрузки-выгрузки шаровых элементов, внедрении макетов погружных стержней системы упраления и защиты (СУЗ), имитации циклов термокачки активной зоны, моделировании сейсмического воздействия), при этом частота опроса должна задаваться в зависимости от продолжительности периода изменения (или частот колебаний) пористости и позволять исследовать динамику перечисленных выше процессов.

Отличительный признак: по сокупности состояний, преобразованных в электрические сигналы, определяют число контактов тестовых шаров с соседними в сочетании с другими существенными признаками повзоляет передать результаты опроса датчиков в виде электрических импульсов за пределы шаровой засыпки для подсчета их числа, соответствующего количеству датчиков, зарегистриовавших контакт тестового шара с соседними шарами, и определить таким образом искомую величину число взаимных контактов (координационное число) в окрестности тестового шара, расположенного в исследуемой точке локального объема.

Отличительный признак: часть шаровых элементов выполнена в качестве тестовых шаров позволяет в сокупности с остальными существенными признаками разместить в засыпке источники информации о ее состоянии без изменения ее структуры.

Отиличительный признак "состоящих из корпуса, выполненного в виде полой разъемной сферической обечайки" в совокупности с остальными существенными признаками позволяет осуществить требуемые связи между элементами тестового шара и разместить внутри шара устройства обеспечения предусмотренного алгоритма (взаимодействия) функциональных элементов тестового шара.

Отличительный признак "наружная поверхность которой выполнена из 32 участков 12 из них расположены в вершинах вписанного в сферу икосаэдра и ограничены окружностями диаметром d, причем 0,0514d_ш<d<0,5d_ш (d_ш диаметр тестового шара), а 20 участков, перекрывая остальную поверхность сферы, симметрично расположены между окружностями" позволяет в совокупности с остальными существенными признаками обеспечить соприкосновение каждого из указанных участков одновременно только с одним шаром засыпки (при 12-ти теоретически возможных одновременных контактах тестового шара с засыпкой), т.е обеспечить достоверность определения числа шаров засыпки, контактирующих с тестовым шаром в данный момент времени, при этом размеры участков выбраны такими, чтобы расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга точками поверхности каждого из них было меньше минимально возможного расстояния между двумя соседними точками контактов на поверхности тестового шара, образованных соприкосновением с ним двух шаров равного с тестовым шаром диаметра и контактирующих друг с другом, т.е. это расстояние по дуге сферы равно 0,523 d_ш, по хорде 0,5d_ш, в данном случае эти условия выдерживаются при минимальном числе участков.

Отличительный признак "электропроводящих участков, электрически изолированных друг от друга" позволяет в совокупности с остальными существенными признаками реализовать электрическую цепь и выделить электрический сигнал контакта от касания каждого из шаров засыпки только со своим электропроводным участком поверхности. При попадании точек контактов на границу между электропроводящими участками могут возникнуть неопределенности, вызванные замыканием одним шаром двух (или трех) участков, однако вероятность этих случаев относительно мала и может быть учтена в погрешности определения пористости данным устройством, исходя из соотношения площадей участков, разделительных линий между ними и пятен контактов шаров с тестовыми шарами.

Отличительный признак: каждый участок соединен электрически проводником через проходку в корпусе шара с размещенным внутри него коммутатором сигналов в совокупности с остальными существенными признаками позволяет осуществить связь датчиков контактного типа электроводных участков с устройством преобразования механического контакта с шаром засыпки в элекрический сигнал, поочередного опроса электропроводных участков по команде извне тестового шара и передачи результатов опроса из тестового шара.

Отличительный признак "который имеет связь с системой съема и обработки информации, расположенной вне шаровой засыпки" позволяет в совокупности с остальными отличительными признаками обеспечить передачу команды от системы съема и обработки информации на опрос тестового шара, а также прием, обработку и отображение результатов опроса тестового шара системой, представляя ее в виде доли объема засыпки, занимаемого газом (т.е. пористости) в районе тестового шара.

На фиг.1 схематически изображен стенд для исследований распределения пористости по объему модели активной зоны, продольный разрез; на фиг.2 приведена схема (один из возможных вариантов) раскладки меченых шаров в исходном положении на поверхности шаровой засыпки (вид сверху на свободный уровень шаровой засыпки); на фиг.3 схематически изображена конструкция тестового шара, разрез; на фиг.4 поверхность тестового шара с распределенными по нему электропроводящими участками;
на фиг. 5 приведена принципиальная электрическая схема коммутатора; на фиг.6 блок-схема системы съема и обработки информации с тестовым шаром.

Устройство (стенд) для реализации способа определения пористости засыпки шаровых твэл в активной зоне ядерного реактора с помощью их моделей содержит (фиг. 1) корпус 1 модели активной зоны, заполненный имитаторами шаровых твэл 2, выполненными как и корпус 1 из токопроводящего материала. На свободном уровне шаровой засыпки размещены тестовые шары 3 по схеме согласно принятой разбивке модели активной зоны на локальные объемы (пример схемы приведен на фиг.2). Подведенные к тестовым шарам электрические проводники 4 (к каждому в виде тонкого четырехжильного кабеля) размещены на роликах 5, соединенных с датчиками 6 перемещения (например, многооборотными потенциометрами типа ППМЛ). Устройство снабжено механизмами перегрузки шаров для обеспечения их циркуляции через модель активной зоны: механизмами выгрузки 7 и загрузки 8.

На фиг. 1 показаны также счетчик 9 количества выгруженных шаров, электродвигатели 10 механизма загрузки, загрузочные трубы 11 для распределения загружаемой засыпки по поверхности размещенной в модели засыпки, переместившиеся со свободного уровня засыпки тестовые шары 12 в результате перегрузки шаров через модель активной ззоны.

Для обеспечения электрической цепи тестовый шар система съема и обработки информации минус питания подключен к токопроводящему корпусу 1 модели (не показано).

Тестовый шар 3 состоит из (фиг.2) стального корпуса 13, выполненного в виде полой разъемной сферической обечайки с наружным диаметром, например, 0,0596 м (при моделировании шаровой засыпки в М 1:1 установки ВГМ) и толщиной стенки 0,0025 м, на наружную и внутреннюю поверхность которой нанесено диэлектрическое покрытие 14, при этом внутреннее покрытие толщиной 0,0005 м выполнено методом электростатического напыления пенопласта типа ПТ-1, а наружное покрытие толщиной 0,0001 м выполнено методом газоденатоционного напыления двуокиси циркония. На наружное диэлектрическое покрытие нанесено разделенное на 32 участка, электрически изолированных друг от друга за счет диэлектрического слоя 14 и зазоров промежутков 15 шириной 0,0005 м, электропроводящее покрытие толщиной 0,0001 м, образуя тем самым чувствительные элементы 32 датчиков 16 контактного типа. Покрытие выполнено методом газодетанационного напыления экзотермического порошка Ni-Al. Материал и технология покрытий тестового шара 3 разработаны исходя из соображений обеспечения наибольшей прочности при действиии удельных нагрузок. Через выполненные в корпусе проходки 17 каждый электропроводный участок осоединен электрически проводником 18 с размещенным внутри тестового шара 3 коммутатором 19 сигналов. Коммутатор сигналов соединен четырехжильным тонким кабелем 20 с системой съема и обработки информации (фиг.6), т.е. двумя проводниками питания и двумя информационными (один проводник управления коммутатором, один передачи выходной информации, один плюс напряжения питания, один минус напряжения питания, он же общий провод логических сигналов). Количество токопроводящих участков датчиков 16 выполнено равным 32, 12 из них расположены в вершинах вписанного в сферу икосаэдра и ограчены окружностями (фиг.4) диаметром d, причем 0,0514d_ш<d<0,5d_ш (d_ш диаметр тестового шара), а 20 электропроводящих участков 22, перекрывая остальную поверхность сферы, расположены между окружностями 21.

Коммутатор 19 сигналов состоит из (фиг.5) счетчика 25, коммутирующих элементов 24, дешифратора 25, схемы 26 сброса счетчика 23, выходного усилителя 27 и коммутирующих проводов.

Коммутатор сигналов для обеспечения размещения его внутри тестового шара 3 и обеспечения требуемой частоты опроса контактных датчиков выполнен, например, на интегральных микросхемах 133-й серии: счетчик 23: D1 133ИЕ5, D2 133ИЕ5; коммутирующие элементы 24: D4 133 КП1, D5 133КП1, D6 133КП1; дешифратор 25: D3 133ИД4; схема 26 сброса счетчика и выходной усилитель 27: D7 133ЛА4. Вход коммутатора (управляющий сигнал), выход коммутатора (информационный сигнал), питание микросхем представлены позициями соответственно 28, 29 и 30. На позиции 31 показаны входы с токопроводящих участков тестового шара 3 (датчиков контактного типа) каждый в соответствии с номером датчика.

Тестовый шар 3 указанными проводниками (поз.28, 29, 30), соединен со схемой съема и обработки информации, которая содержит (фиг.6) крейт КАМАК 32 типа 2010, в котором установлены выполненные в стандарте КАМАК известные модули: модуль выходного регистра 33 тиапа 350А, модуль входного регистра 34 типа 305, модуль крейт-контроллера 35 типа 109А, через которые коммутатор 19 сигналов имеет связь 36 (показана стрелками) с электронной вычислительной машиной 37 (ЭВМ). Направление обмена сигналами между датчиками тестовго шара 3, коммутатором 19 сигналов, модулями КАМАК и ЭВМ показано стрелками 31, 36.

Способ определения пористости засыпки шаровых твэл в активной зоне ядерного реактора с помощью их моделей реализуется в следующей последовательности.

Корпус 1 (фиг.1) модели активной зоны заполняют имитаторами шаровых твэл 2, выполненными из токопроводящего материала. На свободный уровень шаровой засыпки размещают тестовые шары 3 по схеме согласно принятой разбивке модели активной зоны на локальные объемы (фиг.2). Подведенные к текстовым шарам тонкие гибкие электрические проводники в виде тонкого четырехжильного кабеля 4 размещают на роликах 5, соединенных с датчиками 6 перемещений, и организуют перегрузку шаровой засыпки путем выгрузки шаров снизу разгрузочным механизмом 7 и дозагрузки выгруженых шаров сверху механизмом 8 загрузки, транспортируя тем самым тестовые шары 3 в заданные локальные объемы и контролируя при этом величину их перемещений. При исследовании пористости в режиме стартовой загрузки выгрузку шаров не производят, а только догрузку их до штатного уровня в модели.

По достижении тестовыми шарами 3 заданного локального объема, например положения 12 на фиг.1, моделируют один из режимов работы реактора, в результате чего происходят подвижки шаров внутри шаровой засыпки и создаются уусловия для флуктуаций структуры и, следовательно, пористости в пределах исследуемого локального объема, например, производят циклы перегрузки шаров по заданной штатной схеме, когда тестовые шары 3 совместно с шаровой засыпкой смещаются вдоль своих траекторий, или производят внедрение погружных стержней системы управления и защиты (СУЗ), или имитируют циклы термокачки при разогреве-расхолаживании активной зоны, что также может приводить к смещению, миграции шаров и изменению пористости в пределах локального объема.

Особым образом следует отметить режим моделирования сейсмических воздействий, когда в результате вибраций корпуса шары в засыпке могут совершать колебательные движения и пористость, а следовательно, реактивность и уровень мощности реактора изменяются с частотой, соизмеримой со скоростной эффективностью СУЗ.

В процессе имитации одного из режимов производят определение числа контактов тестовых шаров с соседними шарами путем периодического съема преобразованной в электрические сигналы информации о состоянии датчиков 16 контактного типа, чувствительные элементы которых распределены по поверхности тестовых шаров 3 и могут находиться в состоянии контакта с шаровой засыпкой. Съем информации с датчиков 16 осуществляется путем их последовательного опроса с частотой, достаточной для регистрации возможного изменения структуры шаровой засыпки на наличие контакта с окружающими шарами. При этом частота опроса задается в зависимости от исследуемого режима. Так, например, для первого из перечисленных выше режимов частота опроса определяется темпом перегрузки и местоположением исследуемых локальных объемов и составляет, например, для цилиндрической части модели М1:10 установки ВГМ не более одного опроса в минуту. Для исследований с моделированием сейсмических колебаний частота опроса определяется акселеограммой землетрясений, соответствующей бальности (аналоговой или синтезированной), и спектром ответа реальной конструкции. Так, например, для модели масштаба М1:10 установки ВГМ при моделировании восьмибального землетрясения по шкале MSK-64 частота опроса составляет не менее 100 Гц.

Опрос осуществляется следующим образом.

При включении электропитания 30 (фиг.5) счетчик 23 коммутатора сигналов сбрасывается в исходное состояние, подключая первый датчик контактного типа (фиг. 6 поз.21, 31) тестового шара 3 к системе съема и обработки информации по цепи: (фиг.5) вход 31 (1) коммутирующего элемента 24 усилитель 27 выход 29 коммутатора. В свою очередь, сигнал о состоянии первого датчика тестового шара 3 формируется подачей общего минуса питания через шаровую засыпку на первый токопроводящий участок поверхности тестового шара 3 (т.е. первый датчик контактного типа) и при наличии контакта с ним на соответствующий вход 31 (в случае первого датчика на первый вход) коммутирующего элемента 24. При отсутствии контакта датчика с засыпкой минус питания на вход 31(1) не подается (не попадает).

Таким образом, сигнал о состоянии первого датчика тестового шара 3 передается через (фиг.6) связь 36 (тонкий четырехжильный кабель) за пределы шаровой засыпки на первый контакт разъема модуля входного регистра 34, далее по сигналам крейта КАМАК через крейт-контроллер 35 в ЭВМ 37. Опрос следующего (второго) датчика контактного типа осуществляется следующим образом. Входной регистр 33 (фиг. 6) по команде ЭВМ 37, поступающей через крейт-контроллер 35 по шинам крейта КАМАК, вырабатывает импульс напряжения, который через первый контакт разъема поступает на вход 28 (фиг.5) коммутатора 19 сигналов. Коммутатор сигналов подключает минус питания через токопроводящую шаровую засыпку, второй датчик (при наличии контакта с ней второго датчика тестового шара) и вход 31(2) к коммутирующему элементу 24. При отсутствии контакта с засыпкой второго датчика тестового шара (поз.22 на фиг.6) минус питания на вход 31(2) коммутирующего элемента 24 не попадает. Далее сигнал о состоянии второго датчика тестового шара 3 аналогично приведенному выше передается в ЭВМ.

Так последовательно опрашивают состояние всех датчиков тестовых шаров 3 с первого по тридцать второй, а при необходимости опрос тестового шара 3 повторяют. При этом обеспечивается частота опроса не менее 500 кГц, что вполне достаточно для определения числа точек контактов в заданные моменты времени.

ЭВМ, получив результаты опроса всех датчиков тестового шара 3, приступает к обработке и выдаче информации оператору стенда в виде численных значений пористости. Перечисленные операции на стенде многократно повторяются для набора статистики, обеспечивающей заданную точность в определении пористости. Например, через каждый исследуемый локальный объем пропускается N≥10 тестовых шаров. Это позволяет оценить средневзвешенное число контактов шаров друг с другом:
= где N_ki=1-12 теоретически возможное число контактов шара с соседними в объеме шаровой засыпки (координационное число);
n_i количество шаров с одинаковым координационным числом, полученное в результате опросов тестовых шаров.

Находится среднеквадратичное отклонение
S где N число тестовых шаров, прошедших через исследуемый локальный объем;
N_kj- координационное число, определенное каждым тестовым шаром.

Находится доверительный интервал
± = где f_β- нормированное отклонение t=распределения Стьюдента (табличные значения при заданной вероятности β и число степеней свободы N-1).

Далее, используя известные зависимости (см. например, Костиков Л.Е. Лозовецкий В. В. Проектирование твэл ВТГР. М. Энергоатомиздат, 1983, с.54-60), определяют пористость
ε 1,072-0,119 + 0,004
Задаваясь предельной абсолютной погрешностью ±Δε, а также экспериментальными значениями S и вероятностью β, можно оценить требуемое число тестовых шаров N, проходящих через исследуемый локальный объем.

По сравнению с прототипом использование изобретения позволяет снизить трудоемкость определения пористости в моделях засыпки шаровых твэл за счет исключения операций разборки шаровой засыпки в корпусе модели и визуального определения мест взаимных контактов шаров, определять пористость локальных объемов шаровой засыпки активной зоны ядерного реактора как в статике по достижении тестовыми шарами требуемого места в зоне, так и в динамике землетрясениях и т.п. практически исключить влияние связи тестового шара с системой съема и обработки информации на структуру окружающей засыпки путем выполнения ее малого диаметра (четырехжильный кабель) при большом количестве датчиков (32) за счет размещения коммутатора внутри тестового шара.

Сущность изобретения: на свободном уровне шаровой засыпки размещают тестовые шары с распределенными по их поверхности датчиками контактного типа, представляющими собой тридцать два электропроводящих участка, электрически изолированных друг от друга и выполненных таким образом, что в контакт с каждым участком может войти только один шар окружающей его электропроводной засыпки. Тестовый шар снабжен внутри коммутатором сигналов, позволяющим через минимальное количество электрических проводников (четыре) опрашивать датчики тестового шара на наличие или отсутствие контакта с засыпкой с помощью ЭВМ, расположенной вне модели активной зоны. Для определения локальной пористости опрос датчиков тестовых шаров проводят с необходимой частотой, позволяющей определить изменения локальной пористости не только в статическом состоянии засыпки модели активной зоны, но и в ее динамике (при перегрузке засыпки, землетрясениях, введении погружных стержней системы управления и защиты), причем многократно в требуемых местах активной зоны. 2 с. п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения пористости засыпки шаровых тепловыделяющих элементов в активной зоне ядерного реактора, включающий определение числа взаимных контактов шаров в локальных объемах шаровой засыпки с последующим расчетом пористости, отличающийся тем, что, с целью снижения трудозатрат за счет исключения операций разборки шаровой засыпки в корпусе модели и визуального определения мест взаимных контактов шаров, на свободном уровне шаровой засыпки размещают тестовые шары с распределенными по их поверхности датчиками контактного типа, перемещают тестовые шары совместно с шаровой засыпкой в результате ее перегрузки до достижения тестовыми шарами исследуемых локальных объемов, производят опрос состояния датчиков, а по совокупности состояний, преобразованных в электрические сигналы, определяют число контактов тестовых шаров с соседними. 2. Устройство для определения пористости засыпки шаровых тепловыделяющих элементов в активной зоне ядерного реактора, содержащее стенд с корпусом модели активной зоны, заполненным имитаторами шаровых тепловыделяющих элементов, оборудованный средствами загрузки-выгрузки шаровых элементов и средствами индикации мест взаимных контактов шаровых элементов, отличающееся тем, что часть шаровых элементов стенда выполнена в качестве тестовых шаров, состоящих из корпуса в виде полой разъемной сферической обечайки, наружная поверхность которой выполнена из тридцати двух электропроводящих участков, электрически изолированных друг от друга, двенадцать из них расположены в вершинах вписанного в сферу икосаэдра и ограничены окружностями диаметром d, причем 0,0514 d_ш < d < 0,5d_ш, (где d_ш диаметр тестового шара), а двадцать электропроводящих участков, перекрывая остальную поверхность сферы, симметрично расположены между окружностями, каждый участок соединен электрически проводником через проходку в корпусе шара с размещенным внутри него коммутатором сигналов, который имеет связь с системой съема и обработки информации, расположенной вне шаровой засыпки.