一种核电水化学超痕量检测仪器参数优化方法及系统与流程

本发明涉及核电水化学在线监测，尤其涉及一种核电水化学超痕量检测仪器参数优化方法及系统。

背景技术：

1、在核电站一回路冷却剂化学监控中，需要超痕量分析铁、镍、铬等多种元素同位素浓度以评估结构材料腐蚀与放射性产物迁移状况。电感耦合等离子体质谱法是实现该类超痕量检测的主流手段，但一回路冷却剂中存在高浓度硼、锂基体，在等离子体及碰撞反应池内会形成复杂的多原子干扰，如氩氧干扰、钙氧干扰等，且硼锂浓度随燃耗调整而变化，导致干扰响应关系动态漂移。

2、现有技术通常采用固定的碰撞反应池参数以及简单的干扰校正方程进行检测，难以适应硼锂基体动态波动下的干扰变化。在硼浓度较高或锂浓度显著改变的情况下，固定参数要么无法充分消除干扰，造成铁、镍等同位素测量结果偏高；要么过度抑制信号，使得痕量元素灵敏度严重下降，无法满足核电一回路冷却剂超痕量监测对数据准确性和长期一致性的严苛要求。因此，亟需一种能够根据基体状态实时优化碰撞反应池参数，在动态干扰条件下依然能够实现超痕量元素高灵敏、低背景检测的方法。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提出一种核电水化学超痕量检测仪器参数优化方法，旨在解决现有技术中采用固定或人工设定的碰撞反应池参数处理多原子离子干扰，尤其是在硼锂浓度随堆芯燃耗变化而引起干扰强度波动的条件下，无法实时兼顾干扰抑制与灵敏度保持的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：本发明提供一种核电水化学超痕量检测仪器参数优化方法。

3、所述一种核电水化学超痕量检测仪器参数优化方法包括：

4、步骤s10：获取一回路冷却剂样品的硼锂先验数据，基于所述硼锂先验数据采用宽质量范围预扫描与初始干扰响应关系构建初始状态向量，输出所述初始状态向量；

5、步骤s20：基于所述初始状态向量采用高斯-洛伦兹混合峰形拟合法执行全谱扫描解析任务，输出谱解析结果；

6、步骤s30：基于所述谱解析结果采用动态干扰产率模型与递归最小二乘法执行干扰量化任务，输出干扰评估数据；

7、步骤s40：基于所述干扰评估数据采用mamdani模糊控制与序列二次规划算法执行碰撞反应池参数寻优任务，输出优化后的碰撞反应池参数；

8、步骤s50：根据所述优化后的碰撞反应池参数进行验证扫描与负梯度局部微调，输出待测元素同位素浓度结果。

9、优选地，步骤s10中，获取一回路冷却剂样品的硼锂先验数据，基于所述硼锂先验数据采用宽质量范围预扫描与初始干扰响应关系构建初始状态向量，输出所述初始状态向量的步骤，具体包括：

10、步骤s101：获取一回路冷却剂样品中硼浓度先验值和锂浓度先验值，将碰撞气氦气流量、池偏压和四极杆质量选择窗口变化量设置为安全初始值，并在质荷比6至70范围内执行预扫描，得到预扫描谱图；

11、步骤s102：基于所述预扫描谱图提取锂七离子强度、硼十一离子强度、氩四十离子强度、钙四十四离子强度以及质荷比52、56、60处的表观信号强度，得到基体离子强度向量；

12、步骤s103：基于所述基体离子强度向量构建初始干扰响应关系，得到初始状态向量：

13、

14、其中，为锂七离子强度，为硼十一离子强度，为氩四十离子强度，为钙四十四离子强度，为氩氧干扰初始响应系数，为钙氧干扰初始响应系数，为碰撞气氦气流量安全初始值，为池偏压安全初始值，为四极杆质量选择窗口变化量安全初始值。

15、优选地，步骤s20中，基于所述初始状态向量采用高斯-洛伦兹混合峰形拟合法执行全谱扫描解析任务，输出谱解析结果的步骤，具体包括：

16、步骤s201：从所述初始状态向量中读取碰撞气氦气流量安全初始值、池偏压安全初始值和四极杆质量选择窗口变化量安全初始值，将其写入碰撞池控制器和四极杆电源，并对待测水样在质荷比40至65范围内执行全谱扫描，得到全谱扫描数据；

17、步骤s202：基于所述全谱扫描数据，采用高斯-洛伦兹混合峰形拟合法分别解析氩氧干扰峰、钙氧干扰峰、铁五十六同位素峰、镍六十同位素峰和铬五十二同位素峰，得到峰形特征向量；

18、步骤s203：基于所述峰形特征向量同步更新锂七离子强度、硼十一离子强度、氩四十离子强度和钙四十四离子强度，得到更新后的基体离子强度向量，并将所述峰形特征向量和所述更新后的基体离子强度向量作为谱解析结果。

19、优选地，步骤s202中，基于所述全谱扫描数据，采用高斯-洛伦兹混合峰形拟合法分别解析氩氧干扰峰、钙氧干扰峰、铁五十六同位素峰、镍六十同位素峰和铬五十二同位素峰，得到峰形特征向量的步骤，具体包括：

20、在质荷比55.957附近识别氩氧干扰峰，在质荷比59.953附近识别钙氧干扰峰，在质荷比55.935附近识别铁五十六同位素峰，在质荷比59.931附近识别镍六十同位素峰，在质荷比51.941附近识别铬五十二同位素峰；

21、对各峰采用如下高斯-洛伦兹混合峰形函数进行拟合：

22、

23、其中，为质荷比处的拟合信号强度，为峰强度，为洛伦兹占比系数，为洛伦兹半宽参数，为峰位，为高斯标准差；

24、根据拟合结果得到包含峰位、半峰全宽、不对称因子和峰强度的峰形特征向量。

25、优选地，步骤s30中，基于所述谱解析结果采用动态干扰产率模型与递归最小二乘法执行干扰量化任务，输出干扰评估数据的步骤，具体包括：

26、步骤s301：从所述谱解析结果中读取峰形特征向量和更新后的基体离子强度向量，针对氩氧干扰建立动态干扰产率模型：

27、

28、其中，为第个分析周期的氩氧干扰信号强度，、、和分别为第个分析周期的时变权重系数；

29、步骤s302：采用遗忘因子为0.92的递归最小二乘法，根据最近三个分析周期的氩氧干扰信号强度和基体离子强度向量更新所述时变权重系数，并根据更新后的氩氧干扰峰与铁五十六同位素峰的峰位和半峰全宽计算重叠积分比；

30、步骤s303：基于所述重叠积分比计算质荷比56处的干扰等效背景，并引入灵敏度衰减率，将所述干扰等效背景和所述灵敏度衰减率作为干扰评估数据。

31、优选地，步骤s40中，基于所述干扰评估数据采用mamdani模糊控制与序列二次规划算法执行碰撞反应池参数寻优任务，输出优化后的碰撞反应池参数的步骤，具体包括：

32、步骤s401：从所述干扰评估数据中读取质荷比56处的干扰等效背景和灵敏度衰减率，将所述干扰等效背景与预设目标干扰阈值比较，得到干扰背景偏差，并将所述干扰背景偏差和所述灵敏度衰减率输入mamdani模糊控制器，得到碰撞气氦气流量推荐调整量、池偏压推荐调整量和四极杆质量选择窗口推荐调整量；

33、步骤s402：基于所述碰撞气氦气流量推荐调整量、所述池偏压推荐调整量和所述四极杆质量选择窗口推荐调整量，建立灵敏度损失模型：

34、

35、其中，为在碰撞气氦气流量和池偏压下的灵敏度保持量，为初始灵敏度，为灵敏度损失系数，为偏压稳定常数；

36、步骤s403：基于所述灵敏度损失模型和所述动态干扰产率模型构建优化目标函数，并采用序列二次规划算法求解所述优化目标函数，得到优化后的碰撞反应池参数。

37、优选地，步骤s50中，根据所述优化后的碰撞反应池参数进行验证扫描与负梯度局部微调，输出待测元素同位素浓度结果的步骤，具体包括：

38、步骤s501：将所述优化后的碰撞反应池参数写入碰撞池控制器和四极杆电源，待检测仪器稳定后执行验证扫描，并按照步骤s20中的高斯-洛伦兹混合峰形拟合法重新计算验证干扰等效背景；

39、步骤s502：将所述验证干扰等效背景与预设目标干扰阈值进行比较，若偏差比例大于预设收敛比例，则以所述优化后的碰撞反应池参数为起点，沿所述灵敏度损失模型关于碰撞气氦气流量和池偏压的负梯度方向执行局部微调，得到微调后的碰撞反应池参数；

40、步骤s503：基于所述微调后的碰撞反应池参数再次执行验证扫描，直至所述验证干扰等效背景的偏差比例收敛至所述预设收敛比例以内，输出待测元素同位素浓度结果。

41、本发明还提供一种核电水化学超痕量检测仪器参数优化系统包括：

42、初始状态构建模块，用于获取一回路冷却剂样品的硼锂先验数据，基于所述硼锂先验数据采用宽质量范围预扫描与初始干扰响应关系构建初始状态向量，输出所述初始状态向量；

43、谱扫描解析模块，用于基于所述初始状态向量采用高斯-洛伦兹混合峰形拟合法执行全谱扫描解析任务，输出谱解析结果；

44、干扰量化模块，用于基于所述谱解析结果采用动态干扰产率模型与递归最小二乘法执行干扰量化任务，输出干扰评估数据；

45、参数寻优模块，用于基于所述干扰评估数据采用mamdani模糊控制与序列二次规划算法执行碰撞反应池参数寻优任务，输出优化后的碰撞反应池参数；

46、验证输出模块，用于根据所述优化后的碰撞反应池参数进行验证扫描与负梯度局部微调，输出待测元素同位素浓度结果。

47、本发明还提供一种核电水化学超痕量检测仪器参数优化设备，所述核电水化学超痕量检测仪器参数优化设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的核电水化学超痕量检测仪器参数优化程序，所述核电水化学超痕量检测仪器参数优化程序被所述处理器执行时实现上述方法。

48、本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括核电水化学超痕量检测仪器参数优化程序，所述核电水化学超痕量检测仪器参数优化程序被处理器执行时实现上述方法。

49、本发明的有益效果在于：

50、1. 本发明通过获取硼锂先验数据并执行宽质量范围预扫描，构建包含基体离子强度和初始干扰响应关系的状态向量，为后续干扰建模与参数优化提供了精确的初始基点，避免了传统方法因初始状态未知导致的调谐盲目性。

51、2. 本发明采用高斯-洛伦兹混合峰形拟合解析全谱扫描数据，能够准确分离氩氧、钙氧干扰峰与待测同位素峰重叠区域，配合动态干扰产率模型与递归最小二乘法实时量化干扰，克服了传统固定产率模型在硼锂变化时失准的问题，显著提升了干扰校正的实时精度。

52、3. 本发明通过mamdani模糊控制与序列二次规划算法协同优化碰撞反应池参数，在灵敏度损失模型中约束下平衡干扰消除与灵敏度保持的需求，并利用负梯度局部微调实现快速收敛，使得仪器在长期运行中持续保持最优工作状态，提高了核电水化学超痕量检测的稳定性和数据可靠性。