核電站氫氣濃度傳感器的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、福島事故中氫氣爆炸對(duì)全球核電站氫濃度監(jiān)測(cè)的級(jí)別提出了更高要求。加強(qiáng)對(duì)安全殼內(nèi)氫氣濃度的監(jiān)測(cè)變得非常重要。為了提高中國(guó)在役和在建核電廠的核安全水平，中國(guó)國(guó)家核安全局頒布了《福島核事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求》，在《通用技術(shù)要求》中特別強(qiáng)調(diào)了氫氣監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的改進(jìn)要求。目前國(guó)內(nèi)安全殼內(nèi)氫氣濃度監(jiān)測(cè)方式主要分為兩種:即抽出式測(cè)量方式和直接測(cè)量方式。與抽出式測(cè)量方式相比較，直接式測(cè)量方式具有在線連續(xù)測(cè)量，實(shí)時(shí)性好、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，滿足核

2、安全法規(guī)和用戶實(shí)際要求，適合新建和在建核電機(jī)組的安裝和改造，也適合對(duì)其他相關(guān)場(chǎng)所如乏燃料廠房的氫氣監(jiān)測(cè)。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(yán)重事故狀態(tài)下，安全殼內(nèi)直接測(cè)量用氫氣傳感器的研究開(kāi)發(fā)一直是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外核電站氫氣濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的難點(diǎn)，還沒(méi)有成熟可靠的產(chǎn)品可以應(yīng)用。因此，研發(fā)可靠的直接測(cè)量用氫氣傳感器具有非常重要的意義。
　　本文主要針對(duì)核電站安全殼內(nèi)直接測(cè)量用氫氣傳感器的設(shè)計(jì)理論、技術(shù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3、等進(jìn)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(dāng)前核電站氫氣濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)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(diǎn)，以及氫氣傳感器發(fā)展急待解決的問(wèn)題。
　　(2)研究了氫氣傳感器的理論特征，分析了氫氣監(jiān)測(cè)技術(shù)相關(guān)參數(shù)對(duì)傳感器的影響規(guī)律，建立了氫氣傳感器的數(shù)學(xué)模型，研究了鈀-銀合金配比與氫氣溶解度的關(guān)系以及合金膜厚度與氧氣濃度的關(guān)系，為鈀-銀合金氫氣傳感器的研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)

4、。與此同時(shí)，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(zhǎng)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(cè)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致對(duì)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(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用光化學(xué)蝕刻技術(shù)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(zhǎng)一層五氧化二鉭過(guò)渡層，然后再利用直流磁控濺射方法制備出鈀-銀合金復(fù)合薄膜，并對(duì)鈀-銀合金復(fù)合膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行了表征。
　　(4)在上述研究的基礎(chǔ)上，對(duì)安全殼內(nèi)氫氣傳感器的樣機(jī)進(jìn)行了一系列的性能指標(biāo)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(cè)效果，所測(cè)氫氣濃度值達(dá)26％。
　　(5)為了檢測(cè)氫氣傳感器輸出的微弱電流信號(hào)，設(shè)計(jì)了低噪聲放大電路、濾波電路、ADC與微處理器接口等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件電路，開(kāi)發(fā)