izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-4-49-58izmertech-1582Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSЯдерно-магнитный расходомер-релаксометр для контроля расхода и состояния теплоносителя в первом контуре ядерного реактора подвижного объектаNuclear-magnetic flowmeter-relaxometer for control to expenditure and condition transparent liquids of coolant in first circuit of nuclear reactor a moving objecthttps://orcid.org/0000-0001-9530-4805ДавыдовВ. В.DavydovV. V.

Вадим Владимирович Давыдов

Санкт-Петербург;

р. п. Большие Вяземы, Московская обл.

Vadim V. Davydov

St. Petersburg;

Bolshye Vyazyomy, Moscow region

davydov_vadim66@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9423-9068МязинН. С.MyazinN. S.

Никита Сергеевич Мязин

Санкт-Петербург

Nikita S. Myazin

St. Petersburg

myazin.n@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1958-4221ДавыдовР. В.DavydovR. V.

Роман Вадимович Давыдов

Санкт-Петербург

Roman V. Davydov

St. Petersburg

romanvproze@gmail.comСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологииРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic University; All Russian Research Institute of PhytopathologyRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-БруевичаРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic University; The Bonch-Bruevich St. Petersburg State University of TelecommunicationRussian FederationСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great Saint Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202204052023044958Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1582

Обоснована необходимость повышения точности измерения расхода теплоносителя в первом контуре ядерного реактора для подвижных объектов. Показано, что в настоящее время в ядерных энергетических установках подвижных объектов не контролируется состояние теплоносителя в режиме реального времени. Рассмотрены проблемы, возникающие при контроле расхода теплоносителя различными моделями расходомеров в первом контуре ядерного реактора. Установлено, что решить данные проблемы позволяет применение ядерно-магнитных расходомеров. Разработана конструкция ядерно-магнитного расходомера-релаксометра меточного типа с использованием для регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса модуляционной методики при модуляции магнитного поля в зоне размещения катушки нутации. Предложены методы измерения времён продольной и поперечной релаксаций текущего теплоносителя. Представлены результаты исследования расхода и времён релаксации текущего в трубопроводе модельного раствора. Модельный раствор содержит химические элементы, из которых состоит теплоноситель для ядерных реакторов подвижных объектов. Установлено, что погрешность измерения этих параметров не превышает 1 %. Показана перспективность использования разработанной конструкции ядерно-магнитного расходомера-релаксометра в первом контуре ядерного реактора подвижного объекта.

The necessity of increasing the accuracy of measuring the flow rate of the coolant in the first loop of a nuclear reactor for mobile objects has been substantiated. The necessity of monitoring the state of the coolant in the current flow in the pipeline is additionally substantiated. At the moment, in nuclear power plants of mobile objects, the control of the state of the coolant in real time is not implemented. Problems arising when controlling the flow rate of the coolant by various models of flow meters in the primary circuit of a nuclear reactor are considered. It was found that the use of nuclear magnetic flow meters allows them to be solved. A new design of a tagged-type nuclear magnetic flowmeter-relaxometer has been developed using modulation techniques and modulation of the magnetic field in the area of the nutation coil to register the nuclear magnetic resonance signal. Methods for measuring the times of longitudinal and transverse relaxation of the current coolant are proposed. The paper presents the results of studying the parameters (flow rate and relaxation times) of the model solution flowing in the pipeline, which contains the chemical elements that make up the coolant for nuclear reactors of mobile objects. It was found that the measurement error for these parameters does not exceed 1 %. The prospects of using the developed design of a nuclear-magnetic flowmeter-relaxometer in the first circuit of a nuclear reactor of a mobile object are shown.

ядерный реактортеплоносительподвижный объектпотоктеплообменконтроль состояниярасходвремя продольной релаксациивремя поперечной релаксациипогрешность измеренияnuclear reactorcoolantmoving objectflowheat exchangestate controlflow ratelongitudinal and transverse relaxation timesmeasurement errorИсследование выполнено при поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-32-90012: The study was supported by the Russian Foundation for Basic Research within the framework of research project no. 20-32-90012.ReferencesSergeev V., Anikina I., Kalmykov K., Energies, 2021, vol. 14, 2685. https://doi.org/10.3390/en14092685Sergeev V., Anikina I., Kalmykov K., Energies, 2021, vol. 14, 2685. https://doi.org/10.3390/en14092685Давыдов В. В., Мязин Н. С., Кирюхин А. В. Ядерно-магнитные расходомеры-релаксометры для контроля расхода и состояния теплоносителя и питательной воды на АЭС // Атомная энергия. 2019. Т. 127. № 5. С. 250–255.Davydov V. V., Myazin N. S., Kiryukhin A. V., Atomic Energy, 2020, vol. 127, no. 5, pp. 274–279. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00623-5Dong Z., Liu M., Jiang D., Huang X., Zhang Y., Zhang Z., Energies, 2018, vol. 11, 2782. https://doi.org/10.3390/en11102782Dong Z., Liu M., Jiang D., Huang X., Zhang Y., Zhang Z., Energies, 2018, vol. 11, 2782. https://doi.org/10.3390/en11102782Гулевич А. В., Декусар В. М., Чебесков А. Н., Кучинов В. П., Волошин Н. П. Возможность экспорта быстрых реакторов в условиях международного режима ядерного нераспространения // Атомная энергия. 2019. Т. 127. № 3. С. 171-176.Gulevich A. V., Dekusar V. M., Chebeskov A. N., Kuchinov V. P., Voloshin N. P., Atomic Energy, 2020, vol. 127, no. 3, pp. 192–195. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00609-3Elistratov V. V., Diuldin M. V., Denisov R. S., IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018, vol. 180, no. 1, 012006. https://doi.org/10.1088/1755-1315/180/1/012006Elistratov V. V., Diuldin M. V., Denisov R. S., IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2018, vol. 180, no. 1, 012006. https://doi.org/10.1088/1755-1315/180/1/012006Савченко А. В., КостылевВ. П., БобыльА. В., Шварц М. З., Евстигнеев М. А. Влияние толщины базы на эффективность фотопреобразования текстулированных солнечных элементов на основе кремния // Письма в Журнал технической физики. 2018. Т. 44. № 19. С. 40–49. https://doi.org/10.21883/PJTF.2018.19.46681.17362Sachenko A. V., Kostylyov V. P., Bobyl A. V., Shvarts M. Z., Evstigneev M. A., Technical Physics Letters, 2018, vol. 44, no. 10, pp. 873–876. https://doi.org/10.1134/S1063785018100139Абрамов Л. В., Бакланов А. В., Бахметьев А. М. и др. Опыт АО «ОКБМ Африкантов» в развитии методов и программ анализа надежности и вероятностного анализа безопасности ядерных установок // Атомная энергия. 2020. T. 129. № 2. C. 105–110.Abramov L. V., Baklanov A. V., Bakmetiev A. M., Kiselev V. V., Atomic Energy, 2020, vol. 129, no. 2, pp. 103–108. https://doi.org/10.1007/s10512-020-00611-2Давыдов В. В., Дудкин В. И., Величко Е. Н., Карсеев А. Ю. Волоконно-оптическая система имитации аварий в контурах охлаждения атомной энергетической установки // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 3. С. 4–9.Davydov V. V., Dudkin V. I., Velichko E. N., Karseev A. Yu., Journal of Optical Technology, 2015, vol. 82, no. 3, pp. 132–135. https://doi.org/10.1364/JOT.82.000132Lee K.-H., Kim M.-G., Lee J.I., Lee P.-S., Energies, 2015, vol. 8, 11470. https://doi.org/10.3390/en81011470Lee K.-H., Kim M.-G., Lee J.I., Lee P.-S., Energies, 2015, vol. 8, 11470. https://doi.org/10.3390/en81011470Семенихин А. В., Саунин Ю. В., Рясный С. И. Методика определения достоверности внутриреакторного контроля ВВЭР в режиме реального времени // Атомная энергия. 2018. T. 124. № 1. C. 8–13.Semenikhin A. V., Saunin Y. V., Ryasnyi S. I., Atomic Energy, 2018, vol. 124, no. 1, pp. 8–13. https://doi.org/10.1007/s10512-018-0367-8Dayev Zh. A., Latyshev L. N., Flow Measurement and Instrumentation, 2017, vol. 56, pp. 18–22. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2017.07.001Dayev Zh. A., Latyshev L. N., Flow Measurement and Instrumentation, 2017, vol. 56, pp. 18–22. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2017.07.001Dong Z., Li B., Li J., Zhang Y., Zhang Z., Energy, 2021, vol. 221, 119906. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.11990613.Dong Z., Li B., Li J., Zhang Y., Zhang Z., Energy, 2021, vol. 221, 119906. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.119906Марусина М. Я., Базаров Б. А., Галайдин П. А., Марусин Н. П., Силаев А. А., Закемовская Ю. Е., Мустафаев Ю. Н. Синтез градиентной системы мультифазного расходомера // Измерительная техника. 2014. № 5. С. 68–72.Marusina M. Y., Bazarov B. A., Galaidin P. A., Marusin M. P., Silaev A. A., Zakemovskaya E. Y., Mustafaev Y. N., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 5, pp. 580–586. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0501-5D’yachenko S. V., Zhernovoi A. I., Technical Physics, 2016, vol. 61, no. 12, pp. 1835–1837. https://doi.org/10.1134/S1063784216120112D’yachenko S. V., Zhernovoi A. I., Technical Physics, 2016, vol. 61, no. 12, pp. 1835–1837. https://doi.org/10.1134/S1063784216120112Gizatullin B., Gafurov M., Vakhin A., Rodionov A., Mamin G., Orlinskii S., Mattea C., Stapf S., Energy and Fuels, 2019, vol. 33, no. 11, 10923. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b03049Gizatullin B., Gafurov M., Vakhin A., Rodionov A., Mamin G., Orlinskii S., Mattea C., Stapf S., Energy and Fuels, 2019, vol. 33, no. 11, 10923. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.9b03049Zargar M., Johns M. L., Aljindan J. M., Noui-Mehidi M. N., O’Neill K. T., SPE Production and Operations, 2021, vol. 36, no. 2, pp. 423–436. https://doi.org/10.2118/205351-PAZargar M., Johns M. L., Aljindan J. M., Noui-Mehidi M. N., O’Neill K. T., SPE Production and Operations, 2021, vol. 36, no. 2, pp. 423–436. https://doi.org/10.2118/205351-PADeng F., Xiong C., Chen S., Chen G., Wang M., Liu H., Zhang J., Xiao L., Petroleum Exploration and Development, 2020, vol. 47, no. 4, pp. 855–866. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(20)60101-XDeng F., Xiong C., Chen S., Chen G., Wang M., Liu H., Zhang J., Xiao L., Petroleum Exploration and Development, 2020, vol. 47, no. 4, pp. 855–866. https://doi.org/10.1016/S1876-3804(20)60101-XВельт И. Д., Михайлова Ю. В. Магнитный расходомер жидкихметаллов // Измерительная техника. 2013. № 3. C. 24–28.Velt I. D., Mikhailova Yu. V., Measurement Techniques, 2013, vol. 56, no. 3, pp. 283–288. https://doi.org/10.1007/s11018-013-0196-zНеронов Ю. И., Серегин Н. Н. Определение разности экранирования протонов воды и водорода и оценка абсолютного экранирования протонов в воде // Измерительная техника. 2012. № 11. С. 41–45.Neronov Y. I., Seregin N. N., Measurement Techniques, 2013, vol. 55, no. 11, pp. 1287–1293. https://doi.org/10.1007/s11018-013-0123-3O’Neill K. T., Brancato L., Stanwix P. L., Fridjonsson E. O., Johns M. L., Chemical Engineering Science, 2019, vol. 202, pp. 222– 237. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.03.018O’Neill K. T., Brancato L., Stanwix P. L., Fridjonsson E. O., Johns M. L., Chemical Engineering Science, 2019, vol. 202, pp. 222– 237. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.03.018Fridjonsson E. O., Stanwix P. L., Johns M. L., Journal of Magnetic Resonance, 2014, vol. 245, pp. 110–115. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2014.06.004Fridjonsson E. O., Stanwix P. L., Johns M. L., Journal of Magnetic Resonance, 2014, vol. 245, pp. 110–115. https://doi.org/10.1016/j.jmr.2014.06.004Elkins C. J., Alley M. T., Express Fluids, 2007, vol. 43, pp. 823– 858. https://doi.org/10.1007/s00348-007-0383-2Elkins C. J., Alley M. T., Express Fluids, 2007, vol. 43, pp. 823– 858. https://doi.org/10.1007/s00348-007-0383-2Давыдов В. В. О некоторых особенностях исследования ядерным магнитным резонансом потоков жидких сред // Оптика и спектроскопия. 2016. Т. 121. № 1. С. 20–27. https://doi.org/10.7868/S0030403416070096Davydov V. V., Optics and Spectroscopy, 2016. vol. 121, no. 1. pp. 18–24. https://doi.org/10.1134/S0030400X16070092Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Малогабаритный меточный ядерно-магнитный расходомер для измерения быстроменяющихся расходов жидкости // Измерительная техника. 2015. № 3. С. 48–51.Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Y., Measurement Techniques, 2015, vol. 58, no. 3, pp. 317–322. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0707-1Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Yu., Vologdin V. A., Journal of Applied Spectroscopy, 2015, vol. 82, no. 6, pp. 1013–1019. https://doi.org/10.1007/s10812-016-0220-6Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Yu., Vologdin V. A., Journal of Applied Spectroscopy, 2015, vol. 82, no. 6, pp. 1013– 1019. https://doi.org/10.1007/s10812-016-0220-6Leshe A., Nuclear induction, Veb Deustscher Verlag Der Wissenschaften, Berlin, 1963, 864 p.Leshe A., Nuclear induction, Veb Deustscher Verlag Der Wissenschaften, Berlin, 1963, 864 p.Абрагам А. Ядерный магнетизм / Пер. с англ. под ред. Г. В. Скроцкого. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. 551 c.Abragam A., The principles of nuclear magnetism, Oxford, Clarendon Press, 1961, 599 p.Давыдов В. В., Дудкин В. И., Карсеев А. Ю. Малогабаритный ядерно-магнитный релаксометр для экспресс-контроля состояния жидких и вязких сред // Измерительная техника. 2014. № 8. С. 44–48Davydov V. V., Dudkin V. I., Karseev A. Y., Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 8, pp. 912–918. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0559-0

The authors declare that there are no conflicts of interest present.