重水D2O与半重水HDO的转化分析与研究
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经过反复试验，已经找到相互靠近并且适合目前激光器 扫描范围的HDO和D2O吸收峰，包含这两条吸收峰的吸收 光谱，如图2所示。
基于以上的吸收谱线，实现了 HDO和D2O的“双线吸收 光谱”的扫描，通过相关软件的修改和硬件的升级实现了在 一台RB120分析仪上同时检测HDO和D2O两种气体组分。
五,HDO/D 20实验平台简介 （一）实验平台系统。实验器材组成:RB120激光光谱气 体分析仪（一台）；多次反射检测池（光程& 75米，两套）；温 控系统（温度控制范围室温到150T,两套）；压力表（0 ~ 2000mbar,绝对压力，两个）；真空泵（真空度：200mbar,两 台）；管路和球阀（管路两套，球阀4个）；除水硅胶和分子筛 （各一只）；微量进样器（0.51x1,21x1,100^1,各2只，共6只）； 重水试剂（纯度99. 8atom%D,0.5ml/每只，10只）。实验平 台系统的示意图如图3所示。HDO/D?0实验平台系统实物 图如图4所示。多次反射检测池如图5所示。
【关键词】重水堆；重水；定性分析 【基金项目】本文为中核集团中国中原对外工程有限公司自主研发项目(编号：中核动力发〔2016〕487号)研究成果。 【作者简介】王镭，中国中原对外工程有限公司高级工程师
—、概述 重水反应堆中重水的泄漏来源主要是冷却剂⑴、主热交
换器和辅助系统,其任何一处重水的泄漏或挥发最终都会通 过反应堆厂房通风系统进行排放，空气中的重水泄漏检测通 过一台连接到通风管道上的在线监测仪表来记录。该在线 监测仪记录重水的浓度(ppm),再通过整体检测、分析管道 内的温度、压力和空气流速的读数，管道内重水的泄漏率就 可以被电站计算机计算出来。但其中HDO、。?。数值与反应 strial & Science Tribune 2019 (18) 10
产业与科技云 2019年第18卷第10期
的光谱分析技术。 四、两条HDO和D2O的吸收峰 如以上激光光谱技术原理所述,通常的TDLAS技术是采
用“单线吸收光谱”进行单一的气体检测，本实验要在同一台 分析仪上实现两种气体检测,即要实现“双线吸收光谱”的检 测,这也是本项目的技术创新之处和技术难点。
产吐与科技云 2019年第18卷第10期
重水D2O与半重水HDO的转化分析与研究
□王镭
【内容摘要】重水反应堆中重水的泄漏来源主要是冷却剂、主热交换器和辅助系统，其任何一处重水的泄漏或挥发最终都会通 过反应堆厂房通风系统进行排放；空气中的重水泄漏检测通过一台连接到通风管道上的在线监测仪表来记录；本 文通过技术革新在一台激光光谱气体分析仪上实现同时检测半重水HDO和重水。2。(或写作D2O)两种气体组 分,通过实验得出HDO、。?。两种组分气体的最佳吸收光谱。实验分析出D2O随纯水比0(或写作H2O)比分变 化而转换成HDO的定量分析曲线以及D2O随温度变化而转换成HDO的定量分析曲线。
率为V的光束穿过吸收物质后,在光束穿过被测气体的光强 变化为：I(v) =I0(v)exp[ -a(v)CL]；I(v):光束穿过被测气 体的透射光强度;Io(v):入射光强度;tr(v)：被测气体分子吸 收截面;C：被测气体的浓度;L：光程。因此，可通过测量气体 以激光的衰减来测量气体的浓度。值得注意的是cr(v)吸收 截面是分子吸收线强S(V)和分子吸收线形(p(V)的乘积，吸 收线强S( V)受到气体温度的影响,吸收线形＜p( V)受到压力 展宽的影响，因此在实际检测中，TDLAS分析仪需输入温度 和压力值进行补偿，如果过程气体的温度和压力变化比较 大，还需要通过接入温度和压力传感器实时进行温度压力 补偿。
通常TDLAS气体分析仪采用“单线吸收光谱”的测量技 术,首先选择被测气体位于特定频率的某一吸收谱线，通过 调制激光器的工作电流使激光波长扫描过该吸收谱线。这
■被測气体
频率
■其它气体
图1
在选择该吸收谱线时，应保证在所选吸收谱线频率附近 约10倍谱线宽度范围内无测量环境中背景气体组分的吸收 谱线，从而避免背景气体组分对被测气体的交叉吸收干扰， 保证测量的准确性。“单线吸收光谱”TDLAS技术的目的是 避免背景气体交叉干扰,本质上是一种极大提高光谱分辨率
在近红外区,HDO和D2O的吸收峰并非是唯一的，但是 如果要使用同一个激光器同时获得“双线吸收光谱”，前提是 HDO和D2O的吸收光谱必须非常接近，这两个吸收峰必须 在同一个激光器的扫描范围内。目前商用的近红外激光器 的实际可用扫描范围在2nm之内，这就意味着必须在目前可 用的激光器2nm扫描范围内找到相互靠近的HD0和D2O吸 收峰。
二、 研究内容方法及目标 搭建实验台架，在一台激光光谱气体分析仪上实现同时 检测HDO和D2O两种气体组分。实验得出HDO、。?。两种 组分气体的最佳吸收光谱。研究温度、压力和重水与半重水 比份含量等因素对测量数据的影响;研究测量标的物成分组 成，并得出相关结论。 三、 激光光谱气体分析仪的技术原理 本实验釆用商用RB120激光光谱气体分析仪,R系列激 光光谱气体分析仪采用的是直接吸收(DA)法的TDLAS技 术,相对于传统的红外光谱分析仪和二次谐波(2F)法的TDLAS技术,具有不可比拟的技术优势。基于DA法的TDLAS 技术的激光光谱气体分析仪不存在零点和跨度漂移,无需用 户定期标定,是真正意义上的永久性免标定分析仪,因此,DA 法的激光光谱气体分析仪尤其适合那些难以配置标准气的 气体检测"例如：HF、HCL、HCN、NH3、比0、D?0、HDO 等。 TDLAS ( Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) nJ 调式二极管激光吸收光谱技术,通过电流和温度调谐半导体 二极管激光器的输出波长，扫描被测气体的某一条吸收谱 线，通过检测吸收光谱的吸收强度获得气体浓度。 TDLAS检测的是激光穿过被测气体通道上的分子数，获 得的气体浓度是整个通道的平均浓度。TDLAS的气体浓度 定量计算是以Beer - Lambert定律为基础，Beer - Lambert定 律指出了光吸收与光穿过被检测物质之间的关系，当一束频
基于以上的吸收谱线，实现了 HDO和D2O的“双线吸收 光谱”的扫描，通过相关软件的修改和硬件的升级实现了在 一台RB120分析仪上同时检测HDO和D2O两种气体组分。
五,HDO/D 20实验平台简介 （一）实验平台系统。实验器材组成:RB120激光光谱气 体分析仪（一台）；多次反射检测池（光程& 75米，两套）；温 控系统（温度控制范围室温到150T,两套）；压力表（0 ~ 2000mbar,绝对压力，两个）；真空泵（真空度：200mbar,两 台）；管路和球阀（管路两套，球阀4个）；除水硅胶和分子筛 （各一只）；微量进样器（0.51x1,21x1,100^1,各2只，共6只）； 重水试剂（纯度99. 8atom%D,0.5ml/每只，10只）。实验平 台系统的示意图如图3所示。HDO/D?0实验平台系统实物 图如图4所示。多次反射检测池如图5所示。
【关键词】重水堆；重水；定性分析 【基金项目】本文为中核集团中国中原对外工程有限公司自主研发项目(编号：中核动力发〔2016〕487号)研究成果。 【作者简介】王镭，中国中原对外工程有限公司高级工程师
—、概述 重水反应堆中重水的泄漏来源主要是冷却剂⑴、主热交
换器和辅助系统,其任何一处重水的泄漏或挥发最终都会通 过反应堆厂房通风系统进行排放，空气中的重水泄漏检测通 过一台连接到通风管道上的在线监测仪表来记录。该在线 监测仪记录重水的浓度(ppm),再通过整体检测、分析管道 内的温度、压力和空气流速的读数，管道内重水的泄漏率就 可以被电站计算机计算出来。但其中HDO、。?。数值与反应 strial & Science Tribune 2019 (18) 10
产业与科技云 2019年第18卷第10期
的光谱分析技术。 四、两条HDO和D2O的吸收峰 如以上激光光谱技术原理所述,通常的TDLAS技术是采
用“单线吸收光谱”进行单一的气体检测，本实验要在同一台 分析仪上实现两种气体检测,即要实现“双线吸收光谱”的检 测,这也是本项目的技术创新之处和技术难点。
产吐与科技云 2019年第18卷第10期
重水D2O与半重水HDO的转化分析与研究
□王镭
【内容摘要】重水反应堆中重水的泄漏来源主要是冷却剂、主热交换器和辅助系统，其任何一处重水的泄漏或挥发最终都会通 过反应堆厂房通风系统进行排放；空气中的重水泄漏检测通过一台连接到通风管道上的在线监测仪表来记录；本 文通过技术革新在一台激光光谱气体分析仪上实现同时检测半重水HDO和重水。2。(或写作D2O)两种气体组 分,通过实验得出HDO、。?。两种组分气体的最佳吸收光谱。实验分析出D2O随纯水比0(或写作H2O)比分变 化而转换成HDO的定量分析曲线以及D2O随温度变化而转换成HDO的定量分析曲线。
率为V的光束穿过吸收物质后,在光束穿过被测气体的光强 变化为：I(v) =I0(v)exp[ -a(v)CL]；I(v):光束穿过被测气 体的透射光强度;Io(v):入射光强度;tr(v)：被测气体分子吸 收截面;C：被测气体的浓度;L：光程。因此，可通过测量气体 以激光的衰减来测量气体的浓度。值得注意的是cr(v)吸收 截面是分子吸收线强S(V)和分子吸收线形(p(V)的乘积，吸 收线强S( V)受到气体温度的影响,吸收线形＜p( V)受到压力 展宽的影响，因此在实际检测中，TDLAS分析仪需输入温度 和压力值进行补偿，如果过程气体的温度和压力变化比较 大，还需要通过接入温度和压力传感器实时进行温度压力 补偿。
通常TDLAS气体分析仪采用“单线吸收光谱”的测量技 术,首先选择被测气体位于特定频率的某一吸收谱线，通过 调制激光器的工作电流使激光波长扫描过该吸收谱线。这
■被測气体
频率
■其它气体
图1
在选择该吸收谱线时，应保证在所选吸收谱线频率附近 约10倍谱线宽度范围内无测量环境中背景气体组分的吸收 谱线，从而避免背景气体组分对被测气体的交叉吸收干扰， 保证测量的准确性。“单线吸收光谱”TDLAS技术的目的是 避免背景气体交叉干扰,本质上是一种极大提高光谱分辨率
在近红外区,HDO和D2O的吸收峰并非是唯一的，但是 如果要使用同一个激光器同时获得“双线吸收光谱”，前提是 HDO和D2O的吸收光谱必须非常接近，这两个吸收峰必须 在同一个激光器的扫描范围内。目前商用的近红外激光器 的实际可用扫描范围在2nm之内，这就意味着必须在目前可 用的激光器2nm扫描范围内找到相互靠近的HD0和D2O吸 收峰。
二、 研究内容方法及目标 搭建实验台架，在一台激光光谱气体分析仪上实现同时 检测HDO和D2O两种气体组分。实验得出HDO、。?。两种 组分气体的最佳吸收光谱。研究温度、压力和重水与半重水 比份含量等因素对测量数据的影响;研究测量标的物成分组 成，并得出相关结论。 三、 激光光谱气体分析仪的技术原理 本实验釆用商用RB120激光光谱气体分析仪,R系列激 光光谱气体分析仪采用的是直接吸收(DA)法的TDLAS技 术,相对于传统的红外光谱分析仪和二次谐波(2F)法的TDLAS技术,具有不可比拟的技术优势。基于DA法的TDLAS 技术的激光光谱气体分析仪不存在零点和跨度漂移,无需用 户定期标定,是真正意义上的永久性免标定分析仪,因此,DA 法的激光光谱气体分析仪尤其适合那些难以配置标准气的 气体检测"例如：HF、HCL、HCN、NH3、比0、D?0、HDO 等。 TDLAS ( Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) nJ 调式二极管激光吸收光谱技术,通过电流和温度调谐半导体 二极管激光器的输出波长，扫描被测气体的某一条吸收谱 线，通过检测吸收光谱的吸收强度获得气体浓度。 TDLAS检测的是激光穿过被测气体通道上的分子数，获 得的气体浓度是整个通道的平均浓度。TDLAS的气体浓度 定量计算是以Beer - Lambert定律为基础，Beer - Lambert定 律指出了光吸收与光穿过被检测物质之间的关系，当一束频