核電廠測(cè)量一回路冷卻劑中硼酸濃度的不確定度評(píng)定

呂傳君

【摘 要】一回路冷卻劑中的硼酸濃度是壓水堆核電廠化學(xué)控制中的一項(xiàng)重要參數(shù)。論文從化學(xué)實(shí)驗(yàn)室分析硼酸濃度的方法出發(fā)，構(gòu)建了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，討論了影響不確定度的各個(gè)分量，最終對(duì)硼酸濃度分析的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

【關(guān)鍵詞】不確定度;硼酸;核電廠

【Keywords】uncertainty; boron acid; nuclear power plant

【中圖分類號(hào)】TL353+.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2018）12-0194-03

1 引言

在壓水反應(yīng)堆核電機(jī)組的一回路冷卻劑中，硼酸是一種最為主要的添加劑。硼酸中含有的B-10同位素是良好的中子吸收劑，而硼酸中B-10同位素的豐度可以認(rèn)為是固定不變的常數(shù)，通過調(diào)整一回路中的硼酸濃度，即可以限制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中的中子產(chǎn)額，從而達(dá)到控制反應(yīng)堆反應(yīng)性的目的。因此，準(zhǔn)確地測(cè)量冷卻劑中的硼酸濃度，是壓水反應(yīng)堆核電機(jī)組化學(xué)控制調(diào)節(jié)的一項(xiàng)核心任務(wù)。

由于壓水反應(yīng)堆核電機(jī)組的一回路冷卻劑以除鹽純水為主體，其中除添加的硼酸外無其他酸性物質(zhì)，因此，可以通過酸堿滴定的方法來簡(jiǎn)便快捷地測(cè)量硼酸濃度，測(cè)得的硼酸濃度通常會(huì)轉(zhuǎn)化為硼元素的質(zhì)量比濃度（以下簡(jiǎn)稱為B濃度）來表示。

本文中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容即使用自動(dòng)滴定儀對(duì)樣品溶液中B濃度進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)測(cè)定結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評(píng)定和計(jì)算。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理及方法

硼酸是一種三元弱酸，通過向其中添加甘露醇，可以使其轉(zhuǎn)化為一元中強(qiáng)酸，在使用NaOH作為滴定劑進(jìn)行滴定時(shí)，B可以與NaOH以1：1的摩爾比進(jìn)行反應(yīng)。自動(dòng)滴定儀的pH測(cè)量電極在滴定過程中連續(xù)測(cè)量溶液的pH，以等當(dāng)量點(diǎn)作為滴定終點(diǎn)，通過滴定劑的消耗體積來計(jì)算樣品中的B濃度。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先使用已知B濃度的硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)NaOH滴定劑進(jìn)行標(biāo)定，準(zhǔn)確稱量約5g硼酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入約1g甘露醇，在自動(dòng)滴定儀上使用NaOH滴定劑進(jìn)行滴定，儀器自動(dòng)判斷滴定終點(diǎn)并記錄滴定劑的消耗體積，計(jì)算滴定劑的相對(duì)濃度。然后再準(zhǔn)確稱量約5g樣品，加入約1g甘露醇，重復(fù)以上的滴定過程，儀器記錄滴定劑的消耗體積，再結(jié)合滴定劑的相對(duì)濃度，計(jì)算樣品中的B濃度。

3 分析不確定度的評(píng)定

3.1 數(shù)學(xué)模型

由實(shí)驗(yàn)的方法可知，滴定劑的標(biāo)定和樣品測(cè)量的兩個(gè)過程均對(duì)最終測(cè)量結(jié)果的不確定度有貢獻(xiàn)，而由于兩次使用的滴定劑完全相同，滴定劑的絕對(duì)濃度對(duì)不確定度沒有貢獻(xiàn)，綜上，可得該實(shí)驗(yàn)過程的分析不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型如下：