張劍++徐建平++陳長(zhǎng)友++唐育鋼

摘 要：方法設(shè)計(jì)、加工出了滿足快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比測(cè)量要求的“燃料棒穿刺裝置”，建立了采用氣相色譜法測(cè)定燃料棒內(nèi)氦氣容積比的方法。確定氦氣容積比的儀器測(cè)定條件：真空度優(yōu)于100 Pa、泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s；當(dāng)取樣體積為1 mL，氣體中雜質(zhì)O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%。

關(guān)鍵詞：快堆 燃料棒 氦氣容積比 氣相色譜

中圖分類號(hào)：TL352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0195-03

快堆，即快中子增殖反應(yīng)堆，可將天然鈾資源的利用率從壓水堆的1%提高到60%～70%，對(duì)我國(guó)核電發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義?？於炎鳛樾乱淮鷩?guó)產(chǎn)核燃料元件制造技術(shù)，燃料棒內(nèi)氦氣容積比是影響燃料堆運(yùn)行的關(guān)鍵因素，因此需要對(duì)其內(nèi)部空間氦氣容積比進(jìn)行檢測(cè)。

目前，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中尚未見(jiàn)到快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比的檢驗(yàn)方法。在快堆燃料棒（以下簡(jiǎn)稱燃料棒）制造工藝過(guò)程中，影響燃料棒內(nèi)氦氣容積比的因素主要有：充入氦氣之前對(duì)燃料棒的處理、氦氣的充入過(guò)程和燃料棒內(nèi)氦氣的釋放過(guò)程。燃料棒內(nèi)可能殘留的空氣及其他雜質(zhì)氣體以及在充入氦氣中的雜質(zhì)氣是影響氦氣容積比的主要因素。其中以雜質(zhì)O2、N2對(duì)氦氣容積比的影響最大，其他雜質(zhì)氣包括Ne、H2、CO、CH4、CO2和H2O對(duì)氦氣容積比也有一定的影響。作為一個(gè)全新的檢測(cè)項(xiàng)目，本方法設(shè)計(jì)、加工了燃料棒穿刺裝置，探討采用氣相色譜法測(cè)定燃料棒內(nèi)氦氣中雜質(zhì)組分O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2的條件，采用雜質(zhì)扣除法得出燃料棒內(nèi)氦氣容積比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與主要材料

氣相色譜儀，HP6890型；燃料棒穿刺裝置（見(jiàn)圖1）；真空泵，極限真空度達(dá)到10-2Pa；真空計(jì)，測(cè)量范圍（10-1～105）Pa；氦氣中O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2混合氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（見(jiàn)表1）；注射器：滿足取氣體積（1～5）mL。

1—燃料棒試樣；2—穿刺手柄；3—閥1，直通閥；4—取樣口；5—閥2，直通閥；6—標(biāo)氣瓶；7—閥3，直通閥；8—真空計(jì)；9—閥4，直通閥；10—壓力表；11—真空泵；12—閥5，直通閥。

1.2 試驗(yàn)方法

連接裝置各部件，用“氦氣中O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2混合氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”吹掃管路后抽真空至真空度優(yōu)于100 Pa；注入約1.0×105 Pa上述標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入“燃料棒穿刺裝置”，用注射器取（0.5～1.5）mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析；抽真空至真空度優(yōu)于100 Pa，操作“穿刺手柄”對(duì)樣品棒穿孔，待釋放平衡后取樣分析，扣除雜質(zhì)含量，即為燃料棒中氦氣容積比。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)樣體積的影響

按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，分別提取不同體積的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入氣相色譜儀分析，其進(jìn)樣體積與雜質(zhì)峰面積的關(guān)系見(jiàn)表2。

對(duì)（表2）中相關(guān)數(shù)據(jù)及線性相關(guān)系數(shù)[1]分析得出：進(jìn)樣體積為（0.5～3.0）mL、置信度為95%時(shí)，O2、N2、Ne、H2、CH4、CO六種組分峰面積隨進(jìn)樣體積的變化成線性；CO2進(jìn)樣體積大于2 mL時(shí)出峰異常，進(jìn)樣體積為（0.5～1.5）mL、置信度為95%時(shí)峰面積隨進(jìn)樣體積的變化成線性。

考慮到樣品氣體總量有限，本試驗(yàn)確定：氣體進(jìn)樣體積為1.0 mL。

2.2 泄漏率的影響

由于樣品氣壓力低于大氣壓，因此必須嚴(yán)格控制裝置的泄露率，避免空氣進(jìn)入影響分析。按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，通過(guò)控制閥獲取“燃料棒穿刺裝置”不同的泄漏率。在不同泄漏率下，分別取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析三次，不同泄露率下三次分析的平均值見(jiàn)表3。

對(duì)表3中試驗(yàn)結(jié)果使用狄克遜（Dixon）準(zhǔn)則[2]判斷：在泄漏率（10Pa/30s～10Pa/190s）、置信度95%下，待測(cè)氣體雜質(zhì)含量一致；但是當(dāng)泄漏率增大后，空氣會(huì)一定程度影響O2和N2的測(cè)定。

本試驗(yàn)確定：“燃料棒穿刺裝置”的泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s。

2.3 真空度影響

裝置真空度的大小會(huì)影響雜質(zhì)的測(cè)定結(jié)果。真空度較小時(shí)，裝置內(nèi)殘留的部分雜質(zhì)氣氛會(huì)使測(cè)量結(jié)果偏高，因此必須嚴(yán)格控制裝置的真空度。按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，在泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s下，改變不同的真空度，取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行分析，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知：O2、N2、H2、CO2在真空度優(yōu)于1000 Pa、置信度95%下使用狄克遜（Dixon）準(zhǔn)則判斷測(cè)量結(jié)果一致，Ne、CH4、CO在真空度優(yōu)于10000 Pa測(cè)量結(jié)果一致。

本試驗(yàn)確定：測(cè)量前裝置真空度優(yōu)于100 Pa。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

在泄漏率優(yōu)于10Pa/90s、真空度優(yōu)于100 Pa下，分別取1#～5#標(biāo)準(zhǔn)氣體1mL測(cè)定不同含量的標(biāo)準(zhǔn)氣體，其組分峰面積隨含量的變化曲線見(jiàn)圖2。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 4946-85）《氣相色譜法術(shù)語(yǔ)》[3]中對(duì)于檢測(cè)限的規(guī)定：隨單位體積的載氣或在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器的組分所產(chǎn)生的信號(hào)等于基線噪聲2倍時(shí)的量，氣相色譜法通常對(duì)定量檢測(cè)下限的要求是組分響應(yīng)信號(hào)大于10倍基線噪聲量。按照此規(guī)則得出的檢測(cè)下限遠(yuǎn)低于0.1%。

從圖2可以看出：Ne、O2、N2、CH4、CO、CO2的含量在0.01%～5.0%范圍內(nèi)、置信度為95%時(shí)，峰面積隨含量的變化成線性；H2含量在0.11%～5.3%范圍內(nèi)、置信度為95%時(shí)，峰面積隨含量的變化成線性。

2.5 方法精密度

按照試驗(yàn)方法，在泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s、真空度優(yōu)于100 Pa下，取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析六次，其中O2、N2和H2采用“4#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”校準(zhǔn)，其他雜質(zhì)采用“5#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”校準(zhǔn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

本試驗(yàn)確定：O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2雜質(zhì)的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于4.0%、5.0%、4.0%、5.0%、2.0%、2.0%、2.0%。

2.6 樣品分析

按照試驗(yàn)方法，測(cè)量模擬燃料棒內(nèi)氦氣容積比，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表6。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)、加工的“燃料棒穿刺裝置”滿足快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比測(cè)量要求；試驗(yàn)測(cè)定條件為：“燃料棒穿刺裝置”空腔內(nèi)真空度優(yōu)于100 Pa，泄漏率應(yīng)優(yōu)于10 Pa/90 s，樣品分析體積為1mL；本試驗(yàn)確定O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2雜質(zhì)的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%，方法測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于：4.0%、5.0%、4.0%、5.0%、2.0%、2.0%、2.0%。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭用熙.分析化學(xué)中的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[M].北京：科學(xué)出版社.

[2] 全浩，韓永志.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3] GB 4946-85氣相色譜法術(shù)語(yǔ)[S].endprint

摘 要：方法設(shè)計(jì)、加工出了滿足快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比測(cè)量要求的“燃料棒穿刺裝置”，建立了采用氣相色譜法測(cè)定燃料棒內(nèi)氦氣容積比的方法。確定氦氣容積比的儀器測(cè)定條件：真空度優(yōu)于100 Pa、泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s；當(dāng)取樣體積為1 mL，氣體中雜質(zhì)O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%。

關(guān)鍵詞：快堆 燃料棒 氦氣容積比 氣相色譜

中圖分類號(hào)：TL352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0195-03

快堆，即快中子增殖反應(yīng)堆，可將天然鈾資源的利用率從壓水堆的1%提高到60%～70%，對(duì)我國(guó)核電發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。快堆作為新一代國(guó)產(chǎn)核燃料元件制造技術(shù)，燃料棒內(nèi)氦氣容積比是影響燃料堆運(yùn)行的關(guān)鍵因素，因此需要對(duì)其內(nèi)部空間氦氣容積比進(jìn)行檢測(cè)。

目前，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中尚未見(jiàn)到快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比的檢驗(yàn)方法。在快堆燃料棒（以下簡(jiǎn)稱燃料棒）制造工藝過(guò)程中，影響燃料棒內(nèi)氦氣容積比的因素主要有：充入氦氣之前對(duì)燃料棒的處理、氦氣的充入過(guò)程和燃料棒內(nèi)氦氣的釋放過(guò)程。燃料棒內(nèi)可能殘留的空氣及其他雜質(zhì)氣體以及在充入氦氣中的雜質(zhì)氣是影響氦氣容積比的主要因素。其中以雜質(zhì)O2、N2對(duì)氦氣容積比的影響最大，其他雜質(zhì)氣包括Ne、H2、CO、CH4、CO2和H2O對(duì)氦氣容積比也有一定的影響。作為一個(gè)全新的檢測(cè)項(xiàng)目，本方法設(shè)計(jì)、加工了燃料棒穿刺裝置，探討采用氣相色譜法測(cè)定燃料棒內(nèi)氦氣中雜質(zhì)組分O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2的條件，采用雜質(zhì)扣除法得出燃料棒內(nèi)氦氣容積比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與主要材料

氣相色譜儀，HP6890型；燃料棒穿刺裝置（見(jiàn)圖1）；真空泵，極限真空度達(dá)到10-2Pa；真空計(jì)，測(cè)量范圍（10-1～105）Pa；氦氣中O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2混合氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（見(jiàn)表1）；注射器：滿足取氣體積（1～5）mL。

1—燃料棒試樣；2—穿刺手柄；3—閥1，直通閥；4—取樣口；5—閥2，直通閥；6—標(biāo)氣瓶；7—閥3，直通閥；8—真空計(jì)；9—閥4，直通閥；10—壓力表；11—真空泵；12—閥5，直通閥。

1.2 試驗(yàn)方法

連接裝置各部件，用“氦氣中O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2混合氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”吹掃管路后抽真空至真空度優(yōu)于100 Pa；注入約1.0×105 Pa上述標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入“燃料棒穿刺裝置”，用注射器?。?.5～1.5）mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析；抽真空至真空度優(yōu)于100 Pa，操作“穿刺手柄”對(duì)樣品棒穿孔，待釋放平衡后取樣分析，扣除雜質(zhì)含量，即為燃料棒中氦氣容積比。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)樣體積的影響

按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，分別提取不同體積的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入氣相色譜儀分析，其進(jìn)樣體積與雜質(zhì)峰面積的關(guān)系見(jiàn)表2。

對(duì)（表2）中相關(guān)數(shù)據(jù)及線性相關(guān)系數(shù)[1]分析得出：進(jìn)樣體積為（0.5～3.0）mL、置信度為95%時(shí)，O2、N2、Ne、H2、CH4、CO六種組分峰面積隨進(jìn)樣體積的變化成線性；CO2進(jìn)樣體積大于2 mL時(shí)出峰異常，進(jìn)樣體積為（0.5～1.5）mL、置信度為95%時(shí)峰面積隨進(jìn)樣體積的變化成線性。

考慮到樣品氣體總量有限，本試驗(yàn)確定：氣體進(jìn)樣體積為1.0 mL。

2.2 泄漏率的影響

由于樣品氣壓力低于大氣壓，因此必須嚴(yán)格控制裝置的泄露率，避免空氣進(jìn)入影響分析。按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，通過(guò)控制閥獲取“燃料棒穿刺裝置”不同的泄漏率。在不同泄漏率下，分別取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析三次，不同泄露率下三次分析的平均值見(jiàn)表3。

對(duì)表3中試驗(yàn)結(jié)果使用狄克遜（Dixon）準(zhǔn)則[2]判斷：在泄漏率（10Pa/30s～10Pa/190s）、置信度95%下，待測(cè)氣體雜質(zhì)含量一致；但是當(dāng)泄漏率增大后，空氣會(huì)一定程度影響O2和N2的測(cè)定。

本試驗(yàn)確定：“燃料棒穿刺裝置”的泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s。

2.3 真空度影響

裝置真空度的大小會(huì)影響雜質(zhì)的測(cè)定結(jié)果。真空度較小時(shí)，裝置內(nèi)殘留的部分雜質(zhì)氣氛會(huì)使測(cè)量結(jié)果偏高，因此必須嚴(yán)格控制裝置的真空度。按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，在泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s下，改變不同的真空度，取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行分析，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知：O2、N2、H2、CO2在真空度優(yōu)于1000 Pa、置信度95%下使用狄克遜（Dixon）準(zhǔn)則判斷測(cè)量結(jié)果一致，Ne、CH4、CO在真空度優(yōu)于10000 Pa測(cè)量結(jié)果一致。

本試驗(yàn)確定：測(cè)量前裝置真空度優(yōu)于100 Pa。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

在泄漏率優(yōu)于10Pa/90s、真空度優(yōu)于100 Pa下，分別取1#～5#標(biāo)準(zhǔn)氣體1mL測(cè)定不同含量的標(biāo)準(zhǔn)氣體，其組分峰面積隨含量的變化曲線見(jiàn)圖2。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 4946-85）《氣相色譜法術(shù)語(yǔ)》[3]中對(duì)于檢測(cè)限的規(guī)定：隨單位體積的載氣或在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器的組分所產(chǎn)生的信號(hào)等于基線噪聲2倍時(shí)的量，氣相色譜法通常對(duì)定量檢測(cè)下限的要求是組分響應(yīng)信號(hào)大于10倍基線噪聲量。按照此規(guī)則得出的檢測(cè)下限遠(yuǎn)低于0.1%。

從圖2可以看出：Ne、O2、N2、CH4、CO、CO2的含量在0.01%～5.0%范圍內(nèi)、置信度為95%時(shí)，峰面積隨含量的變化成線性；H2含量在0.11%～5.3%范圍內(nèi)、置信度為95%時(shí)，峰面積隨含量的變化成線性。

2.5 方法精密度

按照試驗(yàn)方法，在泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s、真空度優(yōu)于100 Pa下，取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析六次，其中O2、N2和H2采用“4#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”校準(zhǔn)，其他雜質(zhì)采用“5#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”校準(zhǔn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

本試驗(yàn)確定：O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2雜質(zhì)的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于4.0%、5.0%、4.0%、5.0%、2.0%、2.0%、2.0%。

2.6 樣品分析

按照試驗(yàn)方法，測(cè)量模擬燃料棒內(nèi)氦氣容積比，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表6。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)、加工的“燃料棒穿刺裝置”滿足快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比測(cè)量要求；試驗(yàn)測(cè)定條件為：“燃料棒穿刺裝置”空腔內(nèi)真空度優(yōu)于100 Pa，泄漏率應(yīng)優(yōu)于10 Pa/90 s，樣品分析體積為1mL；本試驗(yàn)確定O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2雜質(zhì)的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%，方法測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于：4.0%、5.0%、4.0%、5.0%、2.0%、2.0%、2.0%。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭用熙.分析化學(xué)中的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[M].北京：科學(xué)出版社.

[2] 全浩，韓永志.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3] GB 4946-85氣相色譜法術(shù)語(yǔ)[S].endprint

摘 要：方法設(shè)計(jì)、加工出了滿足快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比測(cè)量要求的“燃料棒穿刺裝置”，建立了采用氣相色譜法測(cè)定燃料棒內(nèi)氦氣容積比的方法。確定氦氣容積比的儀器測(cè)定條件：真空度優(yōu)于100 Pa、泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s；當(dāng)取樣體積為1 mL，氣體中雜質(zhì)O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%。

關(guān)鍵詞：快堆 燃料棒 氦氣容積比 氣相色譜

中圖分類號(hào)：TL352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（c）-0195-03

快堆，即快中子增殖反應(yīng)堆，可將天然鈾資源的利用率從壓水堆的1%提高到60%～70%，對(duì)我國(guó)核電發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義?？於炎鳛樾乱淮鷩?guó)產(chǎn)核燃料元件制造技術(shù)，燃料棒內(nèi)氦氣容積比是影響燃料堆運(yùn)行的關(guān)鍵因素，因此需要對(duì)其內(nèi)部空間氦氣容積比進(jìn)行檢測(cè)。

目前，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中尚未見(jiàn)到快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比的檢驗(yàn)方法。在快堆燃料棒（以下簡(jiǎn)稱燃料棒）制造工藝過(guò)程中，影響燃料棒內(nèi)氦氣容積比的因素主要有：充入氦氣之前對(duì)燃料棒的處理、氦氣的充入過(guò)程和燃料棒內(nèi)氦氣的釋放過(guò)程。燃料棒內(nèi)可能殘留的空氣及其他雜質(zhì)氣體以及在充入氦氣中的雜質(zhì)氣是影響氦氣容積比的主要因素。其中以雜質(zhì)O2、N2對(duì)氦氣容積比的影響最大，其他雜質(zhì)氣包括Ne、H2、CO、CH4、CO2和H2O對(duì)氦氣容積比也有一定的影響。作為一個(gè)全新的檢測(cè)項(xiàng)目，本方法設(shè)計(jì)、加工了燃料棒穿刺裝置，探討采用氣相色譜法測(cè)定燃料棒內(nèi)氦氣中雜質(zhì)組分O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2的條件，采用雜質(zhì)扣除法得出燃料棒內(nèi)氦氣容積比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與主要材料

氣相色譜儀，HP6890型；燃料棒穿刺裝置（見(jiàn)圖1）；真空泵，極限真空度達(dá)到10-2Pa；真空計(jì)，測(cè)量范圍（10-1～105）Pa；氦氣中O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2混合氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（見(jiàn)表1）；注射器：滿足取氣體積（1～5）mL。

1—燃料棒試樣；2—穿刺手柄；3—閥1，直通閥；4—取樣口；5—閥2，直通閥；6—標(biāo)氣瓶；7—閥3，直通閥；8—真空計(jì)；9—閥4，直通閥；10—壓力表；11—真空泵；12—閥5，直通閥。

1.2 試驗(yàn)方法

連接裝置各部件，用“氦氣中O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2混合氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”吹掃管路后抽真空至真空度優(yōu)于100 Pa；注入約1.0×105 Pa上述標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入“燃料棒穿刺裝置”，用注射器?。?.5～1.5）mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析；抽真空至真空度優(yōu)于100 Pa，操作“穿刺手柄”對(duì)樣品棒穿孔，待釋放平衡后取樣分析，扣除雜質(zhì)含量，即為燃料棒中氦氣容積比。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)樣體積的影響

按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，分別提取不同體積的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)入氣相色譜儀分析，其進(jìn)樣體積與雜質(zhì)峰面積的關(guān)系見(jiàn)表2。

對(duì)（表2）中相關(guān)數(shù)據(jù)及線性相關(guān)系數(shù)[1]分析得出：進(jìn)樣體積為（0.5～3.0）mL、置信度為95%時(shí)，O2、N2、Ne、H2、CH4、CO六種組分峰面積隨進(jìn)樣體積的變化成線性；CO2進(jìn)樣體積大于2 mL時(shí)出峰異常，進(jìn)樣體積為（0.5～1.5）mL、置信度為95%時(shí)峰面積隨進(jìn)樣體積的變化成線性。

考慮到樣品氣體總量有限，本試驗(yàn)確定：氣體進(jìn)樣體積為1.0 mL。

2.2 泄漏率的影響

由于樣品氣壓力低于大氣壓，因此必須嚴(yán)格控制裝置的泄露率，避免空氣進(jìn)入影響分析。按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，通過(guò)控制閥獲取“燃料棒穿刺裝置”不同的泄漏率。在不同泄漏率下，分別取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析三次，不同泄露率下三次分析的平均值見(jiàn)表3。

對(duì)表3中試驗(yàn)結(jié)果使用狄克遜（Dixon）準(zhǔn)則[2]判斷：在泄漏率（10Pa/30s～10Pa/190s）、置信度95%下，待測(cè)氣體雜質(zhì)含量一致；但是當(dāng)泄漏率增大后，空氣會(huì)一定程度影響O2和N2的測(cè)定。

本試驗(yàn)確定：“燃料棒穿刺裝置”的泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s。

2.3 真空度影響

裝置真空度的大小會(huì)影響雜質(zhì)的測(cè)定結(jié)果。真空度較小時(shí)，裝置內(nèi)殘留的部分雜質(zhì)氣氛會(huì)使測(cè)量結(jié)果偏高，因此必須嚴(yán)格控制裝置的真空度。按照試驗(yàn)方法，通入標(biāo)氣“3#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”，在泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s下，改變不同的真空度，取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行分析，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知：O2、N2、H2、CO2在真空度優(yōu)于1000 Pa、置信度95%下使用狄克遜（Dixon）準(zhǔn)則判斷測(cè)量結(jié)果一致，Ne、CH4、CO在真空度優(yōu)于10000 Pa測(cè)量結(jié)果一致。

本試驗(yàn)確定：測(cè)量前裝置真空度優(yōu)于100 Pa。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

在泄漏率優(yōu)于10Pa/90s、真空度優(yōu)于100 Pa下，分別取1#～5#標(biāo)準(zhǔn)氣體1mL測(cè)定不同含量的標(biāo)準(zhǔn)氣體，其組分峰面積隨含量的變化曲線見(jiàn)圖2。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 4946-85）《氣相色譜法術(shù)語(yǔ)》[3]中對(duì)于檢測(cè)限的規(guī)定：隨單位體積的載氣或在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器的組分所產(chǎn)生的信號(hào)等于基線噪聲2倍時(shí)的量，氣相色譜法通常對(duì)定量檢測(cè)下限的要求是組分響應(yīng)信號(hào)大于10倍基線噪聲量。按照此規(guī)則得出的檢測(cè)下限遠(yuǎn)低于0.1%。

從圖2可以看出：Ne、O2、N2、CH4、CO、CO2的含量在0.01%～5.0%范圍內(nèi)、置信度為95%時(shí)，峰面積隨含量的變化成線性；H2含量在0.11%～5.3%范圍內(nèi)、置信度為95%時(shí)，峰面積隨含量的變化成線性。

2.5 方法精密度

按照試驗(yàn)方法，在泄漏率優(yōu)于10 Pa/90 s、真空度優(yōu)于100 Pa下，取1 mL標(biāo)準(zhǔn)氣體分析六次，其中O2、N2和H2采用“4#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”校準(zhǔn)，其他雜質(zhì)采用“5#標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)”校準(zhǔn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

本試驗(yàn)確定：O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2雜質(zhì)的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于4.0%、5.0%、4.0%、5.0%、2.0%、2.0%、2.0%。

2.6 樣品分析

按照試驗(yàn)方法，測(cè)量模擬燃料棒內(nèi)氦氣容積比，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表6。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)、加工的“燃料棒穿刺裝置”滿足快堆燃料棒內(nèi)氦氣容積比測(cè)量要求；試驗(yàn)測(cè)定條件為：“燃料棒穿刺裝置”空腔內(nèi)真空度優(yōu)于100 Pa，泄漏率應(yīng)優(yōu)于10 Pa/90 s，樣品分析體積為1mL；本試驗(yàn)確定O2、N2、Ne、H2、CH4、CO、CO2雜質(zhì)的測(cè)量范圍為0.11%～5.0%，方法測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于：4.0%、5.0%、4.0%、5.0%、2.0%、2.0%、2.0%。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭用熙.分析化學(xué)中的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[M].北京：科學(xué)出版社.

[2] 全浩，韓永志.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3] GB 4946-85氣相色譜法術(shù)語(yǔ)[S].endprint