α、β表面發(fā)射率標準裝置的優(yōu)化設(shè)計

常鐘澤+洪永俠+高艷艷

摘要：結(jié)合α、β平面源檢定發(fā)展要求，本工作采用最新測量技術(shù)對α、β表面發(fā)射率標準裝置進行了改造，包括探測器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、二次儀表更新、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)軟件重新編制等，并對改造后裝置各項性能進行了測試。結(jié)果表明，改造后裝置的技術(shù)性能明顯優(yōu)于改造前。

關(guān)鍵詞：α、β表面發(fā)射率；2π多絲正比計數(shù)器；標準裝置

1、概述

α、β表面發(fā)射率標準裝置主要用于測量大面積α或β平面源的表面發(fā)射率，主標準器為2π多絲正比計數(shù)器，該類計數(shù)器于上世紀六十年代發(fā)展起來，具有空間和時間分辨率好、探測效率高、面積大、可在強磁場中工作等優(yōu)點。

本實驗室的α、β表面發(fā)射率標準裝置于上世紀八十年代投入使用，受當時技術(shù)條件限制，存在密封性能差、本底高等缺點；且老化嚴重，“5.12”地震后癱瘓，無法進行量值傳遞。

為使該標準裝置盡早恢復(fù)，并滿足α、β平面源檢定的發(fā)展需求及JJG478-96《α、β和γ表面污染儀檢定規(guī)程》和JJG（核工）011-91《用2π多絲正比計數(shù)器測定α、β平面源發(fā)射率》等要求，采用最新測量技術(shù)優(yōu)化了探測器設(shè)計、二次儀表換代及完善六路計數(shù)系統(tǒng)，并測試了改造后的各項性能。

2、裝置組成與工作原理

2.1裝置組成

α、β表面發(fā)射率標準裝置由2π多絲正比計數(shù)器、二次儀表、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、239Pu系列平面源、90Sr-90Y系列平面源組成。其中二次儀表組件包括前置放大器、主放大器、單道分析器、門產(chǎn)生器、六路計數(shù)器、插件電源、高、低壓電源等。

2.2 工作原理

陽極絲是由平行、等距離的金屬絲組成，固定在絕緣框架上，并安裝在兩陰極平面之間。腔內(nèi)通以工作氣體（高純甲烷），兩側(cè)有進、出氣口。工作時陽極絲和陰極之間加直流高壓，平面源發(fā)射的α或β帶電粒子使腔內(nèi)工作氣體電離，產(chǎn)生正離子和電子，電子在電場中加速產(chǎn)生次級電子、最后形成雪崩放電，形成脈沖，經(jīng)放大后由二次儀表記錄，最終得到其表面發(fā)射率。

3、改造內(nèi)容

3.1探測器

針對探測器原設(shè)計有密封性、導(dǎo)電性差的缺點，且原托盤較粗糙，重新設(shè)計并改造了探測器

3.2二次儀表

原二次插件老化嚴重，無法也無必要維修。本次選用ORTEC公司最新的標準插件：前置放大器型號為142IH，主放大器型號為575A，單道分析器型號為552。

3.3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

隨著測量技術(shù)的發(fā)展，原數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的不足突顯，如測量數(shù)據(jù)不能清除、定時失效、測量數(shù)據(jù)容易丟失等。為此，本次更換了六路計數(shù)器并重新編制了軟件程序。

4、裝置性能測試

4.1坪曲線

坪曲線是衡量計數(shù)管性能的重要標志。其主要參數(shù)有坪斜和坪長等。一般，坪長越長、坪斜越小，則探測器性能越好。

本次用編號為06-010、活性區(qū)面積為140cm2的β平面源測定坪特性。坪曲線坪長達到400V，優(yōu)于改造前的300V；坪斜為0.5%/100V，優(yōu)于改造前的1%/100V。

4.2 儀器本底

放射性測量裝置均有本底計數(shù)，直接測量下限能力，測量時一般要扣除本底，改造后分別對裝置的α和β本底進行了測定。改造后α本底為3.7min-1，優(yōu)于改造前的9.0min-1；改造后β本底為294min-1，優(yōu)于改造前的370min-1。說明裝置α、β本底性能比改造前有較大提升。

4.3小能量損失修正系數(shù)

電子儀器本身噪聲和一些電磁干擾使得樣品測量計數(shù)增加，需設(shè)置一定閾值消除這些干擾，但同時也會損失一些小能量信號，因此需進行小能量損失修正。本次采用甄別閾外推法分別測定α、β小能量損失修正系數(shù)。

1）α小能量損失系數(shù)實驗測定

采用編號為50-098的239Pu平面源測定小能量損失修正系數(shù)。擬合曲線為：

式中：y為計數(shù)，300s-1；

x為閾值，V。

小能量損失修正系數(shù)由如下公式計算：

（1）

式中：k為小能量損失修正系數(shù)；

α0為閾值等于0時的計數(shù)；

α0.8為閾值等于0.8時的計數(shù)。

外推到閾值為0時的計數(shù)，再通過公式（1）可得到α小能量損失系數(shù)為1.008。

2）β小能量損失修正系數(shù)實驗測定

采用編號為06-006的90Sr-90Y平面源測定小能量損失修正系數(shù)，擬合曲線為：

式中：y為計數(shù)，300s-1；

x為閾值，V。

外推到閾值為0時的計數(shù)，并根據(jù)公式（1）計算出β小能量損失系數(shù)為1.002。

4.4位置效應(yīng)

位置效應(yīng)是反映裝置性能的重要參數(shù)之一。將樣品盤區(qū)域均勻的選擇9個點，分別用尺寸為φ20的239Pu平面源和尺寸為φ25的90Sr-90Y平面源對該裝置的位置效應(yīng)進行了測定，α、β位置效應(yīng)的平均值標準偏差分別為0.6%、0.3%。由于測量數(shù)據(jù)中包含統(tǒng)計誤差，根據(jù)其對α和β的不同要求，再結(jié)合位置效應(yīng)具體結(jié)果，表明該位置效應(yīng)對測量結(jié)果影響很小，說明探測器結(jié)構(gòu)性能較好。

4.5裝置死時間

裝置和電子儀器均存在至少兩個物理事件，且能被分開，而每兩個事件之間最小時間間隔被稱為死時間。由于處在死時間內(nèi)的脈沖信號沒有被探測器探測，所以必須對損失掉的計數(shù)進行修正。本次通過雙脈沖法并按下式計算死時間τd：

（2）

式中：nA為A道脈沖產(chǎn)生的計數(shù)率，s-1；

nB為B道脈沖產(chǎn)生的計數(shù)率，s-1；

nAB為A、B兩道疊加脈沖產(chǎn)生的計數(shù)率，s-1。

通過該方法測得裝置的死時間為3.5μs。

5、結(jié)束語

本工作通過對α、β表面發(fā)射率標準裝置主標準器進行優(yōu)化設(shè)計和重新加工、二次儀表進行更換以及完善數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，使該標準裝置恢復(fù)且各項性能得到了提升。

改造后的標準裝置能滿足國防系統(tǒng)中各種α、β平面源的檢定/校準需求，符合相關(guān)規(guī)程對α、β平面源檢定裝置的要求。目前該標準裝置的改造工作已完成，裝置已投入使用，承擔(dān)量值傳遞工作。

參考文獻：

[1]JJG478-96《α、β和γ表面污染儀檢定規(guī)程》；

[2]JJG（核工）011-91《用2π多絲正比計數(shù)器測定α、β平面源發(fā)射率》。endprint