第四代核反应堆中的高温气冷堆与氟盐冷却高温堆均有采用球床堆芯的设计。采用球床堆芯的反应堆运行时,大量的球形燃料元件在堆芯流动形成球流。球流对反应堆功率分布、燃耗深度、温度分布等均有较大影响,因此掌握球流运动规律是球床堆芯设计的基础。球流运动的许多关键问题,如流线、混流、停留时间、滞留、滑动与滚动等均有待深入研究。由于反应堆堆芯内环境恶劣,研究球流运动一般采用模拟堆芯和模拟球实验。经过适当的模化分析,模拟实验能够在常温、无放射性的条件下较好的模拟燃料球在堆芯中的真实运动情况,且模拟实验成本较低。作者开发了一种全新的智能球流运动探测系统。系统的探测芯片被植入模拟球中,当模拟球随球流运动时会自动记录自身在各个时刻的运动信息,并做到即时存储和无线传输。智能系统能够准确的测量球流中各个模拟球的角速度、加速度、姿态、旋转角度和温度等物理参数,且不会由于测量行为而影响球流的运动。初步的测试证实,智能系统测得的参数的误差均在3%以内。采用智能球流运动探测系统,作者以模块化高温气冷堆为原型,研究了模拟球初始径向位置与其在模拟堆芯中的平均停留时间之间的关系,量化了模拟球在模拟堆芯中的滚动角速度和累积滚动角度,并讨论了燃料球滚动现象对于石墨粉尘产生量的影响。