压水堆一回路硼酸具有控制反应性的安全作用，精准的硼浓度测量对于建立安全停堆硼浓度，补偿反应性，升降稳定功率，反应堆临界等具有重要安全意义。在线硼表的主要作用就是连续测量一回路的硼浓度，为操纵员监测反应堆运行工况，防止误稀释、误硼化提供数据。
1 硼浓度测量原理
1.1 硼浓度化学分析原理
硼浓度的化学分析多采用T50/T70等型号的自动滴定仪进行滴定分析，主要工作原理即酸碱中和滴定。因为H3BO3为多元弱酸，直接酸碱中和滴定会受弱酸的水解电离影响而无法得出滴定终点。在化学分析中通过加入己六醇（分子式为C6H14O6）与H3BO3发生络合反应形成一种中强酸，完全电离出等摩尔的氢离子。用已知浓度的标准NaOH溶液1:1中和滴定，在达到等当点（中性点）后，滴定仪自动给出滴定曲线图，并计算出消耗的氢氧化钠体积。根据消耗的标准NaOH体积、浓度和样品的质量，可计算出样品溶液中硼的含量。化学分析中与碱发生反应的H3BO3为总硼，包含10B和11B两种同位素，仪器模块中设置硼的平均摩尔质量为定值10.8g/mol。
1.2 中子源在线硼表工作原理
1.2.1 硼表结构
压水堆一回路常用在线硼表结构主要包括探测装置、标定装置、机柜、就地显示箱及温度变送器箱。通过REN核取样系统与反应堆冷却剂系统并联，一回路冷却剂连续流过硼测量通道，对一回路硼浓度进行连续监测。
1.2.2 测量原理
在线硼表主要利用H3BO3中10B具有较大的中子吸收截面，能够吸收中子源发射出的部分中子。中子探测器吸收中子后释放的α粒子与硼计数管中的惰性气体产生二次电离，电子被电极吸收后产生脉冲信号，通过甄别被放大和收集处理后电信号的变化计算出溶液中的硼含量。
核电厂硼表使用的是Pu-Be中子源，即利用不稳定核素238Pu（T1/2=88年）衰变时释放出α射线轰击金属铍，通过9Be（α，n）12C反应获得连续的中子束。当中子源发射的一束中子穿过管道或容器中H3BO3溶液时，其中的一部被吸收，另一部分则透过吸收体而被探测器探测，并通过信号转换器转变成4-20mA电信号显示在仪表上。其吸收过程遵循指数衰减规律，所以透过H3BO3溶液的中子注量和硼（10B）浓度是一个对应的函数关系。
1.2.3 硼表标定
硼表标定是在30℃恒温下，首先绘制坪特性曲线，选择合适的工作高压（即恒定的放大倍数），再根据阈压曲线的绘制设置甄别阈压。标定过程中通过不断改变标定装置中溶液的硼浓度，得到不同硼浓度下的探测器吸收的中子计数率，通过二次拟合获得等温标定系数，完成硼表的标定。
2 偏差分析
2.1 化学分析的局限性
化学分析能够较为准确的滴定出溶液中硼的物质的量，但却无法区别同位素的影响，局限性的将硼的摩尔质量设为定值。随着机组的运行，10B丰度逐渐降低，冷却剂中硼的真实摩尔质量较初始值升高，导致测量结果较真实值偏低。这种与真实值之间的误差不能通过质量控制消除，且会随着硼消耗的增加而缓慢累积。
2.2 在线硼表的系统误差
硼表的标定是以化学滴定法测量各个点对应的硼浓度为输入值，通过最小二乘法拟合得到中子计数率与溶液硼浓度的关系式。各点并不是完全位于拟合曲线上，而是均匀散布在拟合曲线上下。受到化学分析准确度和公式拟合度的影响，硼表测量必然存在一定的误差。同时，在线硼表作为一种复杂的电子仪器，存在如中子源计数不稳定、放大电压漂移、探测原
件受环境及电流干扰等不确定现象，这些都属于系统自带的误差。
2.3 10B丰度变化
在标定中子源硼浓度计以及在线硼表在投运前校验时，一般采用新鲜（未经中子照射）的H3BO3溶液，不会考虑10B的丰度变化。而随着反应堆的运行，一回路冷却剂中有一部分10B因在堆内吸收中子发生10B (n，α)7Li反应而被消耗，其丰度将随着燃耗的增加而从自然丰度（10B约占19.8%）逐步降低。这就是产生偏差的主要原因。而实际上，由于反应堆在运行过程中，还会受到降功率运行甚至停堆事件，因一回路硼化需要而引入了新鲜的H3BO3溶液（10B丰度为自然丰度19.8%）,这使得一回路中的10B丰度的变化变得更加复杂。随着燃耗的增加，10B丰度逐渐降低，导致在线硼表的测量较真实值会逐渐偏小，在寿期中偏差达到最大。随着寿期末主系统稀释量的增大，硼浓度逐渐降低，这种偏差又逐渐减小。受丰度减小导致的偏差在运行多年，尤其是采用长循环换料周期的电厂尤为明显。
2.4 干扰核素
在线硼表通过测量中子束被10B吸收后的变化以计算冷却剂中硼含量，但在反应堆发生核反应的同时生成了一系列的裂变产物和活化腐蚀产物，部分产物也具有一定的中子吸收能力，在流经硼表探测装置时减少了中子探测器接收到的中子数量，这些核素也对在线硼表的测量产生偏差。
其中最主要的核素为裂变产物135Xe，其较10B具有更大的中子吸收截面（2.7Í106b），更容易吸收中子反应衰变。尤其在反应堆发生紧急停堆时，因堆芯中子消失，但生成的碘同位素继续衰变为135Xe，导致短时间135Xe积累影响反应性，也就是碘坑。其次包括水中的16O、17O吸收中子后放出质子，发生（n，p）反应； 6Li吸收中子产生氚，尽管电厂使用高纯度的7LiOH调节pH，这也是冷却剂系统中氚的重要来源之一。部分金属元素有较大的中子微观截面，如镉（2450b）、钴(37.2b)、银(63.6b)、铟(194b)，但因其在主系统的含量极少，主要被包在燃料包壳、控制棒内等而对硼表测量产生影响很小。
3 结论与建议
（1）10B丰度的变化是客观存在且无法避免的，最理想的方法就是根据理论计算公式在硼表中增加10B丰度变化的修正，这就需要修改硼表计算模块，实际应用存在一定难度。对于新堆，硼表的偏差主要原因在于本身的系统误差。这就需要在校表过程中严格控制工作条件，提高输入参数的准确性。
（2）对于已运行多年的反应堆，用于一回路的硼酸溶液中10B丰度必然产生了变化，尤其对于长燃料循环的电站，在长期连续稳定运行中10B丰度的改变会直接导致硼表偏差大于规范限值，造成硼表不可用。建议增加硼表的标定频率，缩短标定周期，以降低超差风险。
（3）燃料破损、功率波动会短时产生大量的其他中子吸收剂而干扰硼表的测量，造成失准。这就要求硼表的标定应选择在机组状态稳定的工况下进行，避开平衡氙毒等特殊情况。对于燃料破损造成的偏差影响应该根据一回路135Xe浓度的增长增加标定频率。
参考文献：
[1] 和娇梅，10B丰度对核电厂硼表测量的影响与优化分析，科技视界[J].2018,09:136-137.
[2] 李泽华，核反应堆物理[M]北京：原子能出版社，2014.
[3] 王璨辉，LOT640G硼浓度监测道运行维护手册[M].2013
