重水堆硼的测量优化

彭 冰 吴立新 卢 丹 石震崑

（中核核电运行管理有限公司化学处，浙江 嘉兴314300）

0 引言

核电站使用三氧化二硼调节机组反应性，由于重水堆过剩反应性较低特点，重水堆一回路慢化剂系统硼浓度远远低于压水堆一回路硼浓度，基于此特色，重水堆实现了不停堆换料。在每周固定换料期间需要通过硼毒物来平衡机组反应性波动，这样导致慢化剂系统中硼浓度的变化较为频繁。因此慢化剂系统硼浓度的准确测量直接影响机组反应性的控制，是重水堆最重要的化学指标之一。

慢化剂硼浓度使用树脂床进行调节，根据化学控制手册树脂床失效的判定要求为：树脂床出口硼浓度≥1/10的进口硼浓度。当树脂床失效后需要更换树脂床。而现有仪器使用方法规定分析偏差为±10%，无法准确可靠地提供分析数据来判断慢化剂树脂床的性能状态，因此本文介绍通过调试仪器参数来提高硼浓度的分析精度和准度。

1 仪器试剂

仪器：安捷伦5100ICP-OES电感耦合等离子光谱仪、5 mL自动移液管、50 mL容量瓶。

试剂：100μg/kg的硼工作标准及校验标准、1#机组慢化剂系统样品、2#机组慢化剂系统样品。

2 实验部分

2.1 参数优化

安捷伦5100ICP-OES电感耦合等离子光谱仪主要有3个仪器参数可供调试优化：

（1）垂直高度（径向）：5～14 mm。

（2）雾化器流速：0.6～1.0 L/min。

（3）RF功率：1.0～1.4 kw。

2.1.1垂直高度（径向）优化

选取垂直观测高度6、8、10、12、14 mm总共5个参数调试，在不同参数下分析100 ppb的硼工作标准，并读取仪器信号强度（S）和背景噪声（B），然后计算对应参数的信噪比（S/B），试验结果见表1。

表1 垂直观测高度结果记录

通过分析结果判断当垂直观测高度为14 mm时，信噪比（S/B）最高，因此垂直观测高度最佳设定值为14 mm。

2.1.2雾化器流速优化

选取雾化器流速0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 L/min总共5个参数调试，在不同参数下分析100 ppb的硼工作标准，并读取仪器信号强度（S）和背景噪音（B），然后计算对应参数信噪比（S/B）。试验结果见表2。

表2 雾化器流速结果记录

通过分析结果判断当雾化器流速为1.0 L/min时，信噪比（S/B）最高，因此雾化器流速最佳设定值为1.0 L/min。

2.1.3 RF功率优化

选取RF功率1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 kW总共5个参数调试，在不同参数下分析100 ppb的硼工作标准，并读取仪器信号强度（S）和背景噪音（B），然后计算对应参数信噪比（S/B）。试验数据见表3。

表3 RF功率结果记录

通过分析结果判断RF功率为1.0 kW时，信噪比（S/B）最高，因此RF功率最佳设定值为1.0 kW。

2.2 参数检验

2.2.1相对标准偏差的计算

通过测量1#机组和2#机组慢化剂系统样品6次，先通过公式1计算出标准偏差，再根据公式2计算出相对标准偏差，具体分析结果见表4。

根据表4的分析结果我们可以看到，1#机组慢化剂系统相对标准偏差RSD（%）为2.5%，2#机组慢化剂系统相对标准偏差RSD（%）为1.8%，均控制在3%以下。试验结果证明新参数设置显著的降低了慢化剂系统硼浓度的分析误差。

2.2.2加标回收率的计算

使用1 ppm硼国家标准溶液，分别稀释至A溶液：50.00 ppb和B溶液：200.00 ppb进行加标回收试验。首先对A/B两种溶液进行定量分析，分析结果分别为51.10 ppb和203.13 ppb，然后对A/B两种溶液进行加标回收试验，通过公式3进行加标回收率计算，加标回收率计算结果详见表5。

通过实验分析结果可以看出，A/B两种溶液回收率为100%～103%，回收效果好，说明经过调试的参数设置重复性好，稳定性高。

3 结论

本文通过调试安捷伦5100ICP-OES电感耦合等离子光谱仪参数，发现并确定了仪器在垂直观测高度为14 mm、雾化器流速为1.0 L/min、RF功率为1.0 kW时响应最高，信噪比最高。结合相对标准偏差及回收率试验进行了仪器性能核查，实验结果证明了在该参数设置下，硼浓度分析偏差控制在3%以下，满足重水堆化学控制要求。

表4 相对标准偏差计算结果记录