石墨爐原子吸收光譜測核電廠水中痕量金屬

楊芳梅

（海南核電有限公司 海南昌江）

一、引言

1.核電廠水化學控制的重要性

壓水堆核電廠中，為防止放射性裂變產物釋放到環境，設置四道屏障：芯塊，燃料元件包殼、一回路系統、安全殼。水化學主要影響前三道屏障。在燃料棒中燃料芯塊和裝有芯塊的鋯合金包殼形成了防止功率運行期間產生的裂變產物釋放到環境的兩道屏障。因此，保護燃料包殼的完整性是核電廠運行安全的主要目標。鋯合金可能受腐蝕、氫脆和由于腐蝕產物在其表面的沉積，傳熱效率下降致使包殼表面溫度升高而引起鋯合金的抗腐蝕性能下降和惡化。一回路系統是防止活化腐蝕產物、裂變產物和燃料包殼破損而泄漏放射性物質的又一道屏障。以上這些屏障的完整性都與水化學有關。壓水堆蒸汽發生器的完整性一方面受到一回路水質好壞的重大影響，而另一方面二回路水化學控制不善引起的耗蝕、點蝕、凹陷和晶間腐蝕等嚴重問題也導致了許多核電廠蒸汽發生器的失效。因此，保持壓水堆二回路良好的水質也是非常重要的。

2.金屬元素質量控制的重要意義

核電廠一回路補給水中金屬元素質量規范為：鋁≤15 μg/L，鎂≤15 μg/L，鈣≤15 μg/L。這是由于鋁、鎂、鈣的許多硅酸鹽和氧化物，其溶解度具有負溫度系數的特點。它們將在反應堆冷卻劑系統溫度最高的部位即元件棒表面上優先沉積。這種沉積可能使堆芯表面的沉積物致密，可能加重Zr-4合金的腐蝕，特別是在反應堆有發生顯著沸騰的部位。

對于二回路系統，監測水中鐵、銅的總量可定量判斷腐蝕產物的轉移和蒸汽發生器中淤渣的積累以及給水系統的腐蝕情況。通常，二回路功率運行給水質量標準為銅≤2 μg/L，鐵≤15 μg/L。而蒸汽發生器排污水鈉的限量為20 μg/L，如果鈉含量超過限值就會增加因科鎳-600和因科鎳-690合金傳熱管苛性應力腐蝕開裂的可能性。

因此，核電廠很多水樣中金屬元素含量為1×10-9（10億分之一）級別，而且水樣比較潔凈，基體干擾小。石墨爐原子吸收光譜儀由于其靈敏度高、檢出限低、樣品用量少、自動化程度高，幾乎可以分析所有的金屬元素和類金屬元素元件，將此法應用于核電廠水質分析中，可以測量鎂、鋁、鈉、鐵、銅、鈣等痕量金屬元素，且除了濃度超過曲線范圍的樣品需稀釋外，其他樣品基本上無需前處理。

二、實驗部分

1.主要儀器、試劑及樣品準備

PerkinElmer-AA800原子吸收光譜儀；Milli-Q高純水儀；高純氬氣；65%優級純硝酸；以默克公司生產的Mg標準溶液（1000 mg/L）為母液，配制一個濃度為1 μg/L的鎂標準溶液用于建立標準曲線，再分別配制一個0.3 μg/L和0.5 μg/L的標準溶液作為標準加標驗證所建立的標準曲線。海南核電1#機組熱試期間9REA001BA的水樣。

2.儀器工作參數（表1）

表1 儀器工作參數

3.標準曲線的繪制

在自動進樣器的1號位放入盛有高純水的進樣杯，2號位放入盛有1 μg/L鎂標準溶液的進樣杯，校準時自動稀釋為0 μg/L、0.2 μg/L、0.4 μg/L、0.6 μg/L、0.8 μg/L、1 μg/L 的標準系列， 全部測完后得到以吸光度為縱坐標、濃度為橫坐標的標準曲線（如圖3.2、表3.1所示）。其相關系數為0.999870，曲線斜率為0.12918。曲線如圖1所示，表2是各個標準點對應的吸光度和濃度。

4.最低檢出限

在AAS的發展史上曾用1%吸收所需要的物質濃度作為靈敏度，即能產生吸光度0.0044所對應的被測物質濃度。靈敏度定義為校正曲線的斜率，即S=0.12918。檢測限DL=3σ/S，式中σ為用空白溶液11次測量的標準偏差，測得的值為0.0052。利用該式可以得出鎂的檢出限為0.12 μg/L。

5.精密度

樣品測定的過程與標準曲線的測定條件保持一致，對9REA001BA的水樣（稀釋2倍）進行11次重復測定11次測定結果的相對標準偏差為2.97%，即RSD＜5.0%，符合痕量測定的要求。

6.準確度（加標回收率）

圖1 鎂標準曲線

取 3 組樣品，一份加標 0.3 μg/L，一份加標 0.5 μg/L，一份作對比，在上述實驗條件下，運用已建立的標準曲線測得的回收率分別為95.7%、93.0%，實驗結果表明利用這個方法測得的結果比較準確。

綜合考慮耐磨和美觀的需要，選擇用1.5 mm厚304不銹鋼板作為臺面創新改造裁剪臺板。為節省費用和減少改造工作量，在原有臺板的基礎上鋪上一層不銹鋼板。結合市場上現有的304不銹鋼板規格，考慮安裝工藝要求，按臺板尺寸定制加工不銹鋼板。

圖2 接縫處臺板損傷

四、定制加工要求

（1）兩邊采用直角折邊，這樣才能保證臺面水平。如果采用圓弧形折邊，不銹鋼板與原有臺面的兩個側邊粘合不牢，安裝后臺面可能形成凹面，整體不美觀。

（2）利用標準304不銹鋼板的寬度1220 mm作為加工板的長度，原來臺板長度1200 mm，不銹鋼板的長度超過原臺板的長度，錯開了接縫，而且把原2張臺板包成一體，這樣，能夠保證整體在一條線上和水平度。

（3）安裝施工要點。把原來的臺板固定自攻螺絲松掉，把臺板抬下并清理積灰，把臺板支架調水平，兩頭用鍍鋅方管加固，防止拉布時的縱向受力把支架腿拉變形。然后把臺板鋪上，調水平，調兩邊在同一直線上，注意不要上自攻螺絲固定臺板。臺板表面破損處用修理小汽車的原子灰膩子補平，注意不能突出。分別在臺板上和加工好的不銹鋼板背面涂膠，然后迅速合上，用橡皮錘敲打調整兩邊，再用橡皮錘敲打不銹鋼板，使粘合牢固。

注意：不銹鋼板鋪好后，在左右兩邊用雙頭G字夾墊木條夾緊，保證臺面水平，防止膠水凸起。采用的膠水是強力膠，膠水的凝結時間要適中。

（4）2張不銹鋼板之間的接縫≤1 mm，不能大，這樣可以減少焊接量，又可以保證電剪刀底板運行順暢。

（5）采用磷酸配制助焊劑，沿接縫處涂抹，涂抹面積盡量小，保證焊接美觀。焊錫采用Sn63A焊錫條，要保證焊錫條的質量，否則焊接質量難以保證。要在不銹鋼板粘結1 h后開始焊接，否則焊接時膠液會鼓起來。切記不能等膠完全凝固后再焊接，焊接時如果臺面起鼓，可以用橡皮錘敲平。

（6）全部焊接好以后，用自攻螺絲把臺板與支架固定起來，用手持角磨機打磨焊縫，打磨不銹鋼板的兩邊折角下口，兩頭打磨成圓弧角，防止刮傷。

（7）在使用一段時間后，如有脫焊處再加焊打磨。改進后的臺板見圖3。

圖3 改進后的臺板

五、效益測算

臺板總數為224張，如果每年最低更換氣浮式臺板、高密度臺板、防火美耐板臺板數量為45張，費用為3萬元。采用1.5 mm不銹鋼板改造，總費用為15萬元，但不銹鋼臺板至少可以用20年，可節省費用60萬元，同時減少了每年的維護量，裁片質量提高，邊際效益也十分明顯。

所有臺板于2015年1月改進完畢，至今使用效果非常好，電剪刀操作手反映推刀比以前省力，電剪刀底盤運行順暢，偏刀率大幅下降。客戶參觀以后十分認可，增加對公司服裝加工質量的信心，提升了公司的市場競爭力。