核电站中反应堆冷却剂CO2泄漏的实时监测

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18世纪末，居里夫人发现X射线开始，人类在核能领域的研究就未曾停止过。1954年，苏联建成了第一座商用核电站。核电站通过释放和转换储存在铀或钚等核燃料中的能量来发电。在核裂变反应中，能量是通过原子核分裂而释放出来的，而分裂是通过向核燃料棒发射高能中子来形成被不稳定的原子核，这些原子核分裂成更小的原子核、自由中子、热能和辐射。热能可以从核反应核心转移到发电机，产生电能。
核反应时爆发的巨大能量，使核电安全成为一个重大问题。例如，1986年的切尔诺贝利事故和2011年的福岛事故中，过热、燃料熔毁和爆炸，是导致事故的主要原因，而且事故导致大量放射性物质释放到环境中，过剩的中子使裂变反应发生级联，产生大量的热量，而这些热量是无法被控制的，因此核反应的安全事故主要是来自链式反应不可控时产生的热量，这个时候，对核反应堆的及时冷却就变的很重要。
核电站核反应堆的冷却有两种，一种是水冷却，一种是CO2冷却。尽管水冷提供了高效率并且密度高，但是水冷存在一个很大的缺点，就是熔化过程中的爆炸风险太高。在任何时候，只要核燃料堆还在反应，突然将冷却水的水泵电源突然切断，水停止循环，燃料棒会达到很高温度，会使水分子分裂产生易燃易爆的氢气和氧气。这种可能性在福岛事件中得到证实，日本地震及海啸导致核电站突然停电，冷却系统断电，核反应堆过热，这些反应堆接触到水，引发爆炸，导致大量放射性物质进入环境。CO2冷却在工作温度和压力上更加灵活，还能避免水冷却产生的高温爆炸问题，使的核反应堆系统更加稳定.因此，CO2冷却已经成为了核电站冷却的主要手段。缺点在于效率较低，密度低。由于这个缺点会让整个核电站能效变低，而且CO2的泄露，会使得核冷却剂脱离核反应中心，导致反应堆过热，因此CO2的检测，防泄漏，就变得很重要了。最理想的CO2检测的解决方案就是使用红外传感器，比电化学的更加耐用，双光束的CO2红外传感器可以使年漂移更低，确保他们能在各种环境中继续报告准确的结果。一般CO2泄漏检测就是在反应堆外检测泄漏，属于ppm级别，一般厂家都会用传感器加工成仪表类型，方便与安装。在这里，推荐一款易于厂家加工成仪表型且性能稳定的CO2传感器——ZG09。
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ZG09是一款红外双波长的CO2传感器，利用NDIR的先进技术，使得工作更稳定，下面是ZG09的参数及特点。
测试原理：双光束NDIR技术
采样方法：自由扩散法或者气流控制法
测试量程：0-10000ppm
输出方式及通讯协议：UART(串口)、I2C、PWM、DAC，RS485/RS422
测量间隔：2S；
测量精度：±50ppm+3%FS
重复性：±20ppm； 分辨率：1ppm
响应时间：大约1分钟
暖机时间（冷启动）：<30S
工作电压：5VDC±0.5V
工作耗电流：最大耗电流≈190mA  平均电流≈34mA
工作温度：0-50℃  存储温度：-20-60℃
工作湿度：0-95%RH