重水堆硼的測量優(yōu)化

彭 冰 吳立新 盧 丹 石震崑

（中核核電運(yùn)行管理有限公司化學(xué)處，浙江 嘉興314300）

0 引言

核電站使用三氧化二硼調(diào)節(jié)機(jī)組反應(yīng)性，由于重水堆過剩反應(yīng)性較低特點(diǎn)，重水堆一回路慢化劑系統(tǒng)硼濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于壓水堆一回路硼濃度，基于此特色，重水堆實(shí)現(xiàn)了不停堆換料。在每周固定換料期間需要通過硼毒物來平衡機(jī)組反應(yīng)性波動(dòng)，這樣導(dǎo)致慢化劑系統(tǒng)中硼濃度的變化較為頻繁。因此慢化劑系統(tǒng)硼濃度的準(zhǔn)確測量直接影響機(jī)組反應(yīng)性的控制，是重水堆最重要的化學(xué)指標(biāo)之一。

慢化劑硼濃度使用樹脂床進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)化學(xué)控制手冊(cè)樹脂床失效的判定要求為：樹脂床出口硼濃度≥1/10的進(jìn)口硼濃度。當(dāng)樹脂床失效后需要更換樹脂床。而現(xiàn)有儀器使用方法規(guī)定分析偏差為±10%，無法準(zhǔn)確可靠地提供分析數(shù)據(jù)來判斷慢化劑樹脂床的性能狀態(tài)，因此本文介紹通過調(diào)試儀器參數(shù)來提高硼濃度的分析精度和準(zhǔn)度。

1 儀器試劑

儀器：安捷倫5100ICP-OES電感耦合等離子光譜儀、5 mL自動(dòng)移液管、50 mL容量瓶。

試劑：100μg/kg的硼工作標(biāo)準(zhǔn)及校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、1#機(jī)組慢化劑系統(tǒng)樣品、2#機(jī)組慢化劑系統(tǒng)樣品。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 參數(shù)優(yōu)化

安捷倫5100ICP-OES電感耦合等離子光譜儀主要有3個(gè)儀器參數(shù)可供調(diào)試優(yōu)化：

（1）垂直高度（徑向）：5～14 mm。

（2）霧化器流速：0.6～1.0 L/min。

（3）RF功率：1.0～1.4 kw。

2.1.1垂直高度（徑向）優(yōu)化

選取垂直觀測高度6、8、10、12、14 mm總共5個(gè)參數(shù)調(diào)試，在不同參數(shù)下分析100 ppb的硼工作標(biāo)準(zhǔn)，并讀取儀器信號(hào)強(qiáng)度（S）和背景噪聲（B），然后計(jì)算對(duì)應(yīng)參數(shù)的信噪比（S/B），試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 垂直觀測高度結(jié)果記錄

通過分析結(jié)果判斷當(dāng)垂直觀測高度為14 mm時(shí)，信噪比（S/B）最高，因此垂直觀測高度最佳設(shè)定值為14 mm。

2.1.2霧化器流速優(yōu)化

選取霧化器流速0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 L/min總共5個(gè)參數(shù)調(diào)試，在不同參數(shù)下分析100 ppb的硼工作標(biāo)準(zhǔn)，并讀取儀器信號(hào)強(qiáng)度（S）和背景噪音（B），然后計(jì)算對(duì)應(yīng)參數(shù)信噪比（S/B）。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 霧化器流速結(jié)果記錄

通過分析結(jié)果判斷當(dāng)霧化器流速為1.0 L/min時(shí)，信噪比（S/B）最高，因此霧化器流速最佳設(shè)定值為1.0 L/min。

2.1.3 RF功率優(yōu)化

選取RF功率1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 kW總共5個(gè)參數(shù)調(diào)試，在不同參數(shù)下分析100 ppb的硼工作標(biāo)準(zhǔn)，并讀取儀器信號(hào)強(qiáng)度（S）和背景噪音（B），然后計(jì)算對(duì)應(yīng)參數(shù)信噪比（S/B）。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 RF功率結(jié)果記錄

通過分析結(jié)果判斷RF功率為1.0 kW時(shí)，信噪比（S/B）最高，因此RF功率最佳設(shè)定值為1.0 kW。

2.2 參數(shù)檢驗(yàn)

2.2.1相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算

通過測量1#機(jī)組和2#機(jī)組慢化劑系統(tǒng)樣品6次，先通過公式1計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差，再根據(jù)公式2計(jì)算出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，具體分析結(jié)果見表4。

根據(jù)表4的分析結(jié)果我們可以看到，1#機(jī)組慢化劑系統(tǒng)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD（%）為2.5%，2#機(jī)組慢化劑系統(tǒng)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD（%）為1.8%，均控制在3%以下。試驗(yàn)結(jié)果證明新參數(shù)設(shè)置顯著的降低了慢化劑系統(tǒng)硼濃度的分析誤差。

2.2.2加標(biāo)回收率的計(jì)算

使用1 ppm硼國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別稀釋至A溶液：50.00 ppb和B溶液：200.00 ppb進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)。首先對(duì)A/B兩種溶液進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果分別為51.10 ppb和203.13 ppb，然后對(duì)A/B兩種溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，通過公式3進(jìn)行加標(biāo)回收率計(jì)算，加標(biāo)回收率計(jì)算結(jié)果詳見表5。

通過實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可以看出，A/B兩種溶液回收率為100%～103%，回收效果好，說明經(jīng)過調(diào)試的參數(shù)設(shè)置重復(fù)性好，穩(wěn)定性高。

3 結(jié)論

本文通過調(diào)試安捷倫5100ICP-OES電感耦合等離子光譜儀參數(shù)，發(fā)現(xiàn)并確定了儀器在垂直觀測高度為14 mm、霧化器流速為1.0 L/min、RF功率為1.0 kW時(shí)響應(yīng)最高，信噪比最高。結(jié)合相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及回收率試驗(yàn)進(jìn)行了儀器性能核查，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了在該參數(shù)設(shè)置下，硼濃度分析偏差控制在3%以下，滿足重水堆化學(xué)控制要求。

表4 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算結(jié)果記錄