JP2002372495A - 液質分析装置 - Google Patents

液質分析装置

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JP2002372495A
JP2002372495A JP2001179152A JP2001179152A JP2002372495A JP 2002372495 A JP2002372495 A JP 2002372495A JP 2001179152 A JP2001179152 A JP 2001179152A JP 2001179152 A JP2001179152 A JP 2001179152A JP 2002372495 A JP2002372495 A JP 2002372495A
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liquid
measurement cell
plasma
window
cell
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English (en)
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Kozo Yoshikawa
孝三 吉川
Makio Atsumi
真喜男 厚見
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で被分析液中の微量な元素を高精
度に実時間で検出することの可能な液質分析装置を提供
する。 【解決手段】 測定セル12の上面を貫通する上流側配
管10と測定セルの下面を貫通する下流側配管11は、
測定セル内で所定の間隔を隔てて対向する。従って、上
流側配管から噴射される液体は水柱15となって測定セ
ル内を流動し、下流側配管11に受容される。レーザ光
放射装置1から放射されたレーザ光は測定セルの側面に
設置される第1の窓121を介して水中15の表面に焦
点を結ぶ。レーザ光により液体に含有される元素はプラ
ズマとなり測定セル中に放出され、プラズマが発生する
プラズマ光は測定セル側面に配置される第2の窓122
を介して分光器14に導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液質分析装置に係
り、特にオンラインで高精度に液質を分析することの可
能な液質分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】加圧水型原子炉(PWR)の核分裂反応
度は、制御棒だけでなく、一次冷却水中のホウ酸濃度を
調整することによっても制御されるので、一次冷却水の
水質管理が重要となる。即ち、一次冷却水の水質は、核
分裂反応度を制御するためのホウ酸の濃度、及びホウ酸
により酸性となる一次冷却水のpHを調整するために添
加される水酸化リチウムの濃度によって管理される。
【0003】また、PWRの二次冷却水の水質管理は、
蒸気発生器の伝熱管の健全性を確保するために重要であ
り、Ca、Mg、Cr、Fe、Cu、Ni、Na、Cl
(塩素)等の濃度によって管理される。一方、沸騰水型
原子炉(BWR)の核分裂反応度は、冷却水中の気泡量
及び冷却水の再循環量によって制御されるので、冷却水
としては中性純水が使用される。そこで、冷却水の水質
はシリカ等の不純物の濃度によって管理される。
【0004】上記の従来の原子炉冷却水の水質管理は、
冷却水をサンプリングして水質分析を行なう、いわゆる
バッチ処理によることが一般的であった。しかし、バッ
チ処理による水質分析は分析結果を得るまでに長時間
(30〜60分)を要するため、原子炉の出力の調整が
制約されることがあった。一方液体に含まれる微量の含
有物の濃度を実時間で計測する方法としては、冷却水に
レーザ光を照射する下記分析法が既に提案されている。 (1)分析対象にレーザを照射して成分をプラズマ化
し、その成分のプラズマ発光を検出して濃度を検出する
LBS(レーザブレークダウン)法。 (2)検出対象の電子エネルギ差に対応する波長のレー
ザ光を照射し、検出対象の発光強度を検出して濃度を検
出するLIF(レーザ誘起発光)法。
【0005】しかし、LBS法にあってはppbレベル
の濃度検出が困難である、LIF法にあっては成分の結
合状態の影響により十分な測定精度が確保できないとい
う課題が存在していた。そこで本出願人は、すでにLB
S法及びLIF法を組み合わせて実時間で水質を測定す
る装置及び方法を提案している(特開2000-3213
93公報)。
【0006】図4及び図5は従来の液質分析装置の測定
セルの斜視図及び水平断面図であって、測定セル40は
略正六面体であり、上面には冷却水供給管41、下面に
は冷却水排出管42が取り付けられている。右側面並び
に前面及び背面には円形の孔が開けられており、光透過
性ガラスが嵌め込まれている。即ち冷却水は、冷却水供
給管41を介して測定セル40内に導かれ測定セル40
内に充満し、右方のレーザ43から発せられるレーザ光
によって照射される。
【0007】レーザ照射によって冷却水中の一部がプラ
ズマ化される。このプラズマが発生するプラズマ光、及
びレーザによって励起された測定対象元素が発する光は
前面及び背面に設けられた窓を介して分光器44及び4
5に導かれ、その光の強度及び周波数が測定される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記測
定装置にあっては以下の課題を生じる。 1.プラズマ生成用レーザ及び励起用レーザの2本のレ
ーザが必要となるだけでなく、2つのレーザ光の照射位
置を一致させることも必要となるため、装置が複雑かつ
高価となる。 2.冷却水が充満している測定セルのほぼ中央で冷却水
はプラズマ化されるが、冷却水が縣濁している場合に
は、レーザ光が散乱されてプラズマ化が困難となるだけ
でなく、プラズマ光及び測定対象元素が発する光も散乱
されて分光器へ入射する光量が低下するため、測定精度
及び感度が低下する。 3.短波長域に遷移確率大きい発光線を有する元素
(S、Se、Pb、Cl等)の発光線が周囲の冷却水に
吸収されやすいので検出精度及び感度が低下する。
【0009】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、簡単な構成で被分析液中の微量な元素を高精度に
実時間で検出することの可能な液質分析装置を提供する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係る液質分
析装置は、側面に少なくとも2つの透明窓が設置される
測定セルと、測定セル内に被分析液の自由液面を形成す
る自由液面形成手段と、測定セルの第1の透明窓を介し
て自由液面形成手段により形成された被分析液の自由液
面に焦点を結ぶレーザ光線を放射するレーザ光放射装置
と、レーザ光放射装置から放射されたレーザ光線の照射
により被分析液の自由液面から生成されるプラズマが放
射するプラズマ光を第1の窓以外の窓を介して取り込
み、プラズマ光の周波数及びパワーを測定する分光装置
と、を具備する。
【0011】本発明にあっては、被分析液の自由液面に
レーザが照射され、プラズマは測定セル内に生成される
ので、被分析液が縣濁している場合であってプラズマか
ら発生するプラズマ光が被分析液により吸収、拡散され
ない。第2の発明に係る液質分析装置は、自由液面形成
手段が、測定セル上下面の一方の面から前記測定セル内
に被分析液を柱状に噴射する上流側配管と、測定セル上
下面の他方の面から前記上流側配管から噴射された被分
析液を受容して測定セルから排出する下流側配管と、を
具備する。
【0012】本発明にあっては、上流側配管と下流側配
管の間で測定セル内を流動する柱状の被分析液の周囲に
自由液面が形成される。第3の発明に係る液質分析装置
は、測定セル内に希ガスが充填される。本発明にあって
は、測定セル内に希ガスが充填されるので、紫外領域に
大きな発光線を有する元素(S、Se、Pb、Cl等)
も検出可能であるだけでなく、酸素又は窒素のプラズマ
に起因するバックグランド光を低減することが可能とな
る。
【0013】第4の発明に係る液質分析装置は、第1の
透明窓以外の透明窓が、第1の透明窓と測定セルの中心
を結ぶ直線上以外の測定セルの側面に設置される。本発
明にあっては、レーザ光放射装置から放射されるレーザ
光が分光器に直接入射することが防止される。
【0014】
【発明の実施の形態】図1及び図2は本発明に係る液質
分析装置の第1の実施形態の構成図及び断面図であっ
て、被分析液である原子炉冷却水が流れる上流側配管1
0及び下流側配管11の間に配置される測定セル12、
レーザ光放射装置13及び少なくとも1つの分光器14
から構成される。
【0015】測定セル12は円筒形であり、上面及び下
面を上流側配管10及び下流側配管11が貫通する。そ
して、上流側配管10と下流側配管11は測定セル12
内で所定の間隔を隔てて対向する。従って上流側配管1
0から供給される冷却水は測定セル12内で噴射され、
水柱15となって測定セル12内を流動し、下側配管1
1により回収される。なお、測定セル12内にはHe又
はAr等の希ガスが充填される。
【0016】レーザ光放射装置13は、レーザ(例えば
YAGレーザ)と光学系から構成され、測定セル12の
側面に設けられた窓121を会して測定セル12内の水
柱の表面に焦点を結ぶレーザ光を放射する。即ち、本発
明に係る液質分析装置にあってはレーザ光は焦点を結ぶ
前に冷却水を通過しないため、冷却水が縣濁している場
合にもレーザの全パワーを確実に焦点に集中させること
が可能である。
【0017】水柱15のレーザ光で照射された領域にお
いて、冷却水に含まれている元素がプラズマ化され、プ
ラズマは測定セル12内に充填されたヘリウム、アルゴ
ン等の希ガス中に放出される。従って、冷却水に含まれ
る元素はすべてプラズマ化され、プラズマ化された元素
が冷却水に吸収されることはなく、測定精度を向上する
ことが可能となる。
【0018】また、紫外領域に大きい発光線を有する元
素(S、Se、Pb、Cl等)が発生するプラズマ光は
希ガスにより吸収、拡散されないため、これらの元素が
発するプラズマ光を確実に測定することが可能となる。
冷却水に含まれる元素のプラズマから発せられたプラズ
マ光は、測定セル12の側面に設けられた窓122を介
して分光器14に入射する。そして、分光器25は入射
したプラズマ光の周波数及びパワーを測定し、この周波
数に基づいて元素を特定し、パワーからこの元素の濃度
を決定する。
【0019】なお、レーザ光が通過する窓121と、プ
ラズマ光を分光器14に導く少なくとも1つの窓122
は、相互に一直線とならないように、例えば90度の角
度をなして設けられる。これは、レーザ光が直接分光器
に入射することを防止するためである。図3は本発明に
係る水質分析装置の第2の実施形態の断面図であって、
被分析液である冷却水は測定セル32の底部に供給さ
れ、所定の水位に貯水される。
【0020】レーザ光放射装置33から放射されるレー
ザ光線は、測定セル32の側面に斜めに設置された第1
の窓321を介して水面に向けて斜め下方に放射され
る。そして、水面で発生したプラズマが発するプラズマ
光が同じく斜め下方に向けられた分光器34により,測
定セル32の側面に斜めに設置された第2の窓を介して
捕捉される。
【0021】なお、第2の実施形態においても、測定セ
ル32内を希ガスで充満すること、及び第1の窓321
と第2の窓322とは相互に一直線とならないように配
置することが望ましい。また、図3には測定セル32の
底部に貯水されている冷却水の供給及び排出機構は図示
されていないが、周知の供給及び排出機構を適用するこ
とにより、オンラインで液質分析が可能となることは明
らかである。
【0022】
【発明の効果】第1の発明に係る液質分析装置によれ
ば、レーザ照射によりプラズマは測定セル内の液表面に
生成され、被分析液によりプラズマ光が吸収又は拡散さ
れることが防止されるので、分析精度が向上するだけで
なく、縣濁した液の液質を分析することが可能となる。
【0023】第2の発明に係る液質分析装置によれば、
噴射管と排出管の間で流動する液柱の表面に自由液面が
形成されるので、オンラインリアルタイムで液質を分析
することが可能となる。第3の発明に係る液質分析装置
によれば、測定セル内に希ガスを充填することにより、
紫外域で大きい発光線を有する元素も検出することが可
能となるだけでなく、酸素又は窒素のプラズマ化に起因
するバックグランド光が低減され、分析精度及び分析感
度を約100倍向上することが可能となる。
【0024】第4の発明に係る液質分析装置によれば、
レーザ光が直接分光器に入射することが防止され、プラ
ズマ光だけが分光器で分析されるので、分析精度を向上
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液質分析装置の第1の実施形態の
構成図である。
【図2】本発明に係る液質分析装置の第1の実施形態の
断面図である。
【図3】本発明に係る液質分析装置の第2の実施形態の
断面図である。
【図4】従来の液質分析装置の測定セルの斜視図であ
る。
【図5】従来の液質分析装置の測定セルの水平断面図で
ある。
【符号の説明】
10…上流側配管 11…下流側配管 12…測定セル 121…第1の窓 122…第2の窓 13…レーザ光放射装置 14…分光器 15…水柱
フロントページの続き Fターム(参考) 2G043 AA01 BA01 BA06 CA03 DA05 EA10 GA07 GB02 GB05 HA01 JA00 MA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 側面に少なくとも2つの透明窓が設置さ
    れる測定セルと、 前記測定セル内に被分析液の自由液面を形成する自由液
    面形成手段と、 前記測定セルの第1の透明窓を介して前記自由液面形成
    手段により形成された被分析液の自由液面に焦点を結ぶ
    レーザ光線を放射するレーザ光放射装置と、 前記レーザ光放射装置から放射されたレーザ光線の照射
    により被分析液の自由液面から生成されるプラズマが放
    射するプラズマ光を前記第1の窓以外の窓を介して取り
    込み、プラズマ光の周波数及びパワーを測定する分光装
    置と、を具備する液質分析装置。
  2. 【請求項2】 前記自由液面形成手段が、 前記測定セル上下面の一方の面から前記測定セル内に被
    分析液を柱状に噴射する上流側配管と、 前記測定セル上下面の他方の面から前記上流側配管から
    噴射された被分析液を受容して前記測定セルから排出す
    る下流側配管と、を具備する請求項1に記載の液質分析
    装置。
  3. 【請求項3】 前記測定セル内に希ガスが充填される請
    求項1又は2に記載の液質分析装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の透明窓以外の透明窓が、前記
    第1の透明窓と前記測定セルの中心を結ぶ直線上以外の
    前記測定セルの側面に設置される請求項1から3のいず
    れか1項に記載の液質分析装置。
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