[发明专利]基于电导法的汽泡参数和硼酸浓度同步测量双用探针系统

说明书

本申请涉及一种基于电导法的汽泡参数和硼酸浓度同步测量双用探针系统，包括：电导探针、位移装置、激励电源模块和信号采集装置；所述电导探针包括两个电极，分别做为激发极和接收极；所述电导探针的两个电极与被测溶液接触；所述位移装置能够带动所述电导探针的两个电极在被测溶液中移动；所述电导探针与所述激励电源模块电连接，所述激励电源模块产生的交流方波电压施加在所述电导探针上；所述信号采集装置用于采集所述电导探针的输出电位。本申请的方案基于电导法，采用一个双头探针就能同步测量汽泡参数和硼酸浓度，以获得近壁沸腾区域汽泡行为对硼元素迁移的影响特性，解决了现有技术仅能基于电导法测量汽泡参数的问题。

技术领域

本申请涉及堆芯功率漂移的预测技术领域，具体涉及一种基于电导法的汽泡参数和硼酸浓度同步测量双用探针系统。

背景技术

压水堆运行时，一些回路管道和设备，如传热面积最大的蒸汽发生器传热管，持续地受到高温高压冷却剂的冲刷、磨蚀、管道流体加速腐蚀，形成大量的氧化腐蚀产物。上述腐蚀产物在过冷沸腾的驱动下饱和析出，并沉积在堆芯上部的燃料包壳表面，形成具有疏松结构且轴向厚度不均匀分布的氧化腐蚀产物沉积层。与此同时，冷却剂中的硼元素同样在过冷沸腾的驱动下饱和析出，并被氧化腐蚀产物沉积层所吸附，导致硼元素在燃料棒轴向表面呈现不均匀的分布状态。由于¹⁰B具有显著的中子吸收能力，氧化腐蚀产物沉积层对硼的吸附会导致功率分布向反应堆底部畸变，引发堆芯功率漂移现象。堆芯功率漂移现象引发的局部功率变化可高达15％以上，它不仅会引发核反应堆降功率甚至紧急停堆，降低核反应堆的中子经济性；而且会影响堆芯的剩余反应性和停堆裕量，甚至使包壳失效，威胁核反应堆安全屏障的完整。因此，准确预测堆芯功率漂移对核电的经济性和反应堆的安全有重要意义。

堆芯功率漂移现象涉及到硼元素在冷却剂过冷沸腾中的饱和析出等复杂过程，燃料棒近壁的两相边界层特性，如汽泡大小和速度等，决定了上述硼元素在近壁两相区域的迁移和在多孔形貌氧化腐蚀产物沉积层上的分布。因此，获得燃料棒近壁的两相边界层特性和硼元素在近壁两相区域的迁移特性是准确预测堆芯功率漂移的基础。

目前，测量两相边界层特性的方法主要有高速摄像法、射线法、光学法和电导法。其中，光学及射线法是利用不同相间发出光线的不同特征，通过对折射光进行光谱分析从而得到汽泡参数。光学及射线法测量汽泡度精度高，但操作比较复杂，且难应用于复杂结构。高速摄影法利用高速摄影对气液两相进行实时拍摄和记录，然后对所得的图像进行分析，从而获得汽泡参数，如汽泡大小和速度等。高速摄影法能够以很高的速度获得气液界面细致结构，但严重受拍摄区域限制。电导法是一种高精度、快响应的两相参数实时接触式测量方法，能够动态测量局部区域的汽泡参数。

硼元素的测量方法主要有瞬发伽马活化分析法、中子深度分析法、姜黄素法、甘露醇滴定法、甲亚胺-H酸比色法和电感耦合等离子体发射光谱仪法。其中，瞬发伽马活化分析法采用中子束流照射样品，与¹⁰B元素的原子核发生核反应释放能量为477keV的瞬发伽马射线，通过测量特征伽马射线强度即可确定¹⁰B的含量；中子深度分析法是一种非破坏性的硼浓度分析技术，样品在真空靶室内受到中子束流的照射，中子与其中的¹⁰B发生(n,α)反应，穿透样品后的离子被真空靶室中的离子能量探测器捕获，进而反演计算可得出目标核素沿深度方向的硼含量。上述两种硼测量方法需要中子源、系统昂贵复杂，且分析硼元素需要固体样品。另外四种方法中，姜黄素法和甘露醇滴定法检测硼浓度范围窄，且需要取样测量；甲亚胺-H酸比色法适用硼浓度范围广，精确度高，但操作复杂，样品准备过程中需避光保存；利用电感耦合等离子体发射光谱仪测量溶液硼浓度操作简单快捷，适用硼浓度范围大，准确度高，但设备昂贵，且需要取样测量。

综上所述，燃料棒近壁的两相边界层特性和硼元素在近壁两相区域的迁移特性是准确预测堆芯功率漂移的基础，而现有的技术仅是基于电导法测量汽泡参数；要准确预测堆芯功率漂移，目前还缺乏硼元素在近壁两相区域动态迁移特性的测量。

发明内容