燃料棒包壳管内表面残留氟含量测定方法研究

安身平; 李书良; 廖志海; 黄新树; 宁伟; 任黎平

doi:10.13832/j.jnpe.2022.01.0116

燃料棒包壳管内表面残留氟含量测定方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0116

中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室，成都，610213

基金项目: 国防技术基础科研质量与可靠性项目（ Z012013T001）

详细信息

作者简介:
安身平（1981—），女，副研究员，现主要从事核燃料及材料化学成分分析技术研究工作，E-mail：363426716@qq.com

中图分类号: TG115.3; TL27
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出版历程
- 收稿日期: 2021-04-15
- 录用日期: 2021-11-18
- 修回日期: 2021-05-10
- 刊出日期: 2022-02-01

Study on the Determination Method of the Residual Fluorine Content on the Inner Surface of the Fuel Rod Cladding Tube

Science and Technology on Reactor Fuel and Materials Laboratory, Nuclear Power Institute of China, Chengdu, 610213, China

摘要

摘要: 锆合金管材内表面残留氟可能会加速锆合金表面微裂纹的应力腐蚀，为准确测定锆合金管材内表面残留氟含量，本文通过试验研究，研制了专用的内表面残留氟提取装置并进行了高温水解条件试验；采用离子色谱法对提取出的氟离子进行测定，建立的分析方法可以实现快速连续测定，分析范围为0.05~1.0 μg/mL，最后采用该方法对锆合金管材内表面残留氟含量进行了测定。结果表明，研制的装置可以完全提取内表面残留氟；本文提出的测定方法的加标回收率为98%~104%，最大相对标准偏差为3.9%，精密度和准确度高，测量结果满足生产需求。
- 燃料棒包壳管 /
- 内表面残留氟 /
- 高温水解 /
- 离子色谱
Abstract: The residual fluorine on the inner surface of the zirconium alloy pipe might accelerate the stress corrosion of the microcracks on the surface of the zirconium alloy. In order to accurately determine the residual fluorine content in the zirconium alloy pipe, this paper developed a special internal surface residual fluorine extraction device through experimental research, and high-temperature hydrolysis conditions were studied; Ion chromatography was used to determine the extracted fluoride ions. The established analysis method could achieve rapid and continuous determination, and the analysis range was 0.05~1.0 μg/mL; finally, this method was used for zirconium alloy pipes. The residual fluorine content on the inner surface was measured. The results should that the extraction efficiency of the developed device for the residual fluorine on the inner surface could reach 101%; the recovery rate of the method was 98%~104%, the maximum relative standard deviation was 3.9%; with high precision and accuracy, the measurement results met the production needs.
- Fuel rod cladding tube /
- Residual fluorine on the inner surface /
- High-temperature hydrolysis /
- Ion chromatography

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图 1 包壳管内表面残留氟提取装置示意图

Figure 1. Schematic Diagram of Extraction Device for Residual Fluorine on the Inner Surface of the Cladding Tube

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图 2 高温水解温度对内表面残留氟提取的影响

Figure 2. Effect of High-emperature Hydrolysis Temperature on the Extraction of Residual Fluorine on the Inner Surface

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图 3 高温水解时间对内表面残留氟提取的影响

Figure 3. Effect of High-temperature Hydrolysis Time on the Extraction of Residual Fluorine on the Inner Surface

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图 4 氟离子的标准曲线

Figure 4. Standard Curve of F^-

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表 1 提取装置对内表面残留氟加标回收率

Table 1. Standard Recovery Rate of Extraction Device for Residual Fluorine on the Inner Surface

试样管编号	本底/ μg	测得总氟离子含量/μg	加标回收率/%	平均加标回收率/%
1	0.8	3.32	101	101
2		3.30	100
3		3.25	98
4		3.38	103
5		3.35	102
6		3.30	100

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表 2 精密度试验结果

Table 2. Precision Test Results

试样编号	第1组	第2组	第3组
内表面残留氟含量/ (μg· cm⁻²）	0.35	0.45	0.35
	0.34	0.48	0.35
	0.36	0.45	0.35
	0.38	0.44	0.34
	0.37	0.43	0.34
	0.36	0.46	0.33
内表面残留氟含量平均值/(μg· cm⁻²）	0.36	0.45	0.34
RSD/%	3.9	3.8	2.4
RSD最大值/%	3.9

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表 3 加标回收率试验结果

Table 3. Test Results of Standard Recovery Rate

试验管编号	本底/μg	测得的总氟离子的量/μg	加标回收率/%	平均加标回收率/%
1	4.45	6.90	98	100
2		6.98	101
3		6.88	97
4		7.05	104
5		6.98	101
6		7.00	102

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表 4 Zr-4管材内表面残留氟含量

Table 4. Residual Fluorine Content on the Inner Surface of Zr-4 Pipe

管材处理	残留氟含量/(μg· cm⁻²）
管材处理	第1组试样	第2组试样
酸洗后	0.48、0.52、0.56	0.60、0.50、0.67

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表 5 锆合金管材内表面残留氟含量

Table 5. Residual Fluorine Content on the Inner Surface of the Zirconium Alloy Pipe

样品编号	检测结果/ （μg· cm⁻²）	样品编号	检测结果/ （μg· cm⁻²）	样品编号	检测结果/ （μg· cm⁻²）
1-T	0.27	FR-01T	0.38	01-T	0.39
1-Z	0.34	FR-01Z	0.36	01-Z	0.33
1-W	0.25	FR-01W	0.31	01-W	0.27
2-T	0.23	FR-02T	0.23	02-T	0.28
2-Z	0.23	FR-02Z	0.27	02-Z	0.20
2-W	0.24	FR-02W	0.28	02-W	0.23
10-T	0.19	10-Z	0.19	10-W	0.23
数字表示管号编号；T、Z 、W分别表示管材头部、中部、尾部；FR表示经过重复处理后的管材

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参考文献(10)

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[10]	安身平, 廖志海, 王占明, 等. 一种锆合金管内表面残留氟提取方法: 中国, 107640745B[P]. 2020-01-07.