核電站氫氣濃度傳感器的制備與應用研究.pdf

1、福島事故中氫氣爆炸對全球核電站氫濃度監(jiān)測的級別提出了更高要求。加強對安全殼內(nèi)氫氣濃度的監(jiān)測變得非常重要。為了提高中國在役和在建核電廠的核安全水平，中國國家核安全局頒布了《福島核事故后核電廠改進行動通用技術要求》，在《通用技術要求》中特別強調了氫氣監(jiān)測與控制系統(tǒng)的改進要求。目前國內(nèi)安全殼內(nèi)氫氣濃度監(jiān)測方式主要分為兩種:即抽出式測量方式和直接測量方式。與抽出式測量方式相比較，直接式測量方式具有在線連續(xù)測量，實時性好、測量精度高等優(yōu)點，滿足核

2、安全法規(guī)和用戶實際要求，適合新建和在建核電機組的安裝和改造，也適合對其他相關場所如乏燃料廠房的氫氣監(jiān)測。但是，由于受到高溫、高壓、高放射性等惡劣環(huán)境條件的限制，核電站嚴重事故狀態(tài)下，安全殼內(nèi)直接測量用氫氣傳感器的研究開發(fā)一直是當今國內(nèi)外核電站氫氣濃度監(jiān)測技術研究的難點，還沒有成熟可靠的產(chǎn)品可以應用。因此，研發(fā)可靠的直接測量用氫氣傳感器具有非常重要的意義。
　　本文主要針對核電站安全殼內(nèi)直接測量用氫氣傳感器的設計理論、技術和監(jiān)測系統(tǒng)

3、等進行了研究。論文的主要研究工作和成果如下:
　　(1)介紹了本文研究背景和目的，分析了當前核電站氫氣濃度監(jiān)測技術與氫氣傳感器的研究現(xiàn)狀，分析了傳統(tǒng)氫氣傳感器的優(yōu)缺點，以及氫氣傳感器發(fā)展急待解決的問題。
　　(2)研究了氫氣傳感器的理論特征，分析了氫氣監(jiān)測技術相關參數(shù)對傳感器的影響規(guī)律，建立了氫氣傳感器的數(shù)學模型，研究了鈀-銀合金配比與氫氣溶解度的關系以及合金膜厚度與氧氣濃度的關系，為鈀-銀合金氫氣傳感器的研發(fā)提供了理論基礎

4、。與此同時，為了克服以往基于純鈀的氫氣傳感器發(fā)生“氫脆”現(xiàn)象的缺陷，延長氫敏感薄膜的壽命，將銀作為第二組份加入到純鈀之中作為檢測氫氣的氣敏材料，選用鈀-銀合金體系作為氫氣敏感材料，銀的加入有效地改善了純鈀薄膜的微結構特征，避免了“氫脆”現(xiàn)象，從而防止了由于氫敏感薄膜脫落導致對氫氣傳感器產(chǎn)生的損害。
　　(3)在分析不同方式制備鈀-銀合金薄膜的優(yōu)缺點的基礎上，利用光化學蝕刻技術制作出折線型金屬掩膜板，覆蓋在瓷表面，先利用射頻在陶瓷基

5、底上生長一層五氧化二鉭過渡層，然后再利用直流磁控濺射方法制備出鈀-銀合金復合薄膜，并對鈀-銀合金復合膜的各項性能進行了表征。
　　(4)在上述研究的基礎上，對安全殼內(nèi)氫氣傳感器的樣機進行了一系列的性能指標測試。實驗結果表明，本文研制的鈀-銀合金薄膜氫氣傳感器具有良好的檢測效果，所測氫氣濃度值達26％。
　　(5)為了檢測氫氣傳感器輸出的微弱電流信號，設計了低噪聲放大電路、濾波電路、ADC與微處理器接口等監(jiān)測系統(tǒng)硬件電路，開發(fā)