重水堆硼的測量優化

彭 冰 吳立新 盧 丹 石震崑

（中核核電運行管理有限公司化學處，浙江 嘉興314300）

0 引言

核電站使用三氧化二硼調節機組反應性，由于重水堆過剩反應性較低特點，重水堆一回路慢化劑系統硼濃度遠遠低于壓水堆一回路硼濃度，基于此特色，重水堆實現了不停堆換料。在每周固定換料期間需要通過硼毒物來平衡機組反應性波動，這樣導致慢化劑系統中硼濃度的變化較為頻繁。因此慢化劑系統硼濃度的準確測量直接影響機組反應性的控制，是重水堆最重要的化學指標之一。

慢化劑硼濃度使用樹脂床進行調節，根據化學控制手冊樹脂床失效的判定要求為：樹脂床出口硼濃度≥1/10的進口硼濃度。當樹脂床失效后需要更換樹脂床。而現有儀器使用方法規定分析偏差為±10%，無法準確可靠地提供分析數據來判斷慢化劑樹脂床的性能狀態，因此本文介紹通過調試儀器參數來提高硼濃度的分析精度和準度。

1 儀器試劑

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

試劑：100μg/kg的硼工作標準及校驗標準、1#機組慢化劑系統樣品、2#機組慢化劑系統樣品。

2 實驗部分

2.1 參數優化

安捷倫5100ICP-OES電感耦合等離子光譜儀主要有3個儀器參數可供調試優化：

（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）優化

選取垂直觀測高度6、8、10、12、14 mm總共5個參數調試，在不同參數下分析100 ppb的硼工作標準，并讀取儀器信號強度（S）和背景噪聲（B），然后計算對應參數的信噪比（S/B），試驗結果見表1。

表1 垂直觀測高度結果記錄

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

2.1.2霧化器流速優化

選取霧化器流速0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 L/min總共5個參數調試，在不同參數下分析100 ppb的硼工作標準，并讀取儀器信號強度（S）和背景噪音（B），然后計算對應參數信噪比（S/B）。試驗結果見表2。

表2 霧化器流速結果記錄

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

2.1.3 RF功率優化

選取RF功率1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 kW總共5個參數調試，在不同參數下分析100 ppb的硼工作標準，并讀取儀器信號強度（S）和背景噪音（B），然后計算對應參數信噪比（S/B）。試驗數據見表3。

表3 RF功率結果記錄

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

2.2 參數檢驗

2.2.1相對標準偏差的計算

通過測量1#機組和2#機組慢化劑系統樣品6次，先通過公式1計算出標準偏差，再根據公式2計算出相對標準偏差，具體分析結果見表4。

根據表4的分析結果我們可以看到，1#機組慢化劑系統相對標準偏差RSD（%）為2.5%，2#機組慢化劑系統相對標準偏差RSD（%）為1.8%，均控制在3%以下。試驗結果證明新參數設置顯著的降低了慢化劑系統硼濃度的分析誤差。

2.2.2加標回收率的計算

使用1 ppm硼國家標準溶液，分別稀釋至A溶液：50.00 ppb和B溶液：200.00 ppb進行加標回收試驗。首先對A/B兩種溶液進行定量分析，分析結果分別為51.10 ppb和203.13 ppb，然后對A/B兩種溶液進行加標回收試驗，通過公式3進行加標回收率計算，加標回收率計算結果詳見表5。

通過實驗分析結果可以看出，A/B兩種溶液回收率為100%～103%，回收效果好，說明經過調試的參數設置重復性好，穩定性高。

3 結論

本文通過調試安捷倫5100ICP-OES電感耦合等離子光譜儀參數，發現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時響應最高，信噪比最高。結合相對標準偏差及回收率試驗進行了儀器性能核查，實驗結果證明了在該參數設置下，硼濃度分析偏差控制在3%以下，滿足重水堆化學控制要求。

表4 相對標準偏差計算結果記錄