STHF型超高量程γ劑量率儀維修方法研究

易宇億

摘? ?要：STHF型超高量程γ劑量率儀（以下簡稱STHF），在核電站大修期間測量核反應(yīng)堆水池、高放射性廢物收集桶和各類容器檢修的環(huán)境劑量率，量程范圍寬可遠(yuǎn)程獲取測量數(shù)據(jù)。STHF直接接觸一回路冷卻劑，易造成與探測器相連電纜部分放射性污染，致儀表計(jì)數(shù)不符影響測量的準(zhǔn)確性，針對STHF被沾污只能截去污染部分電纜，可采用增加一個(gè)可調(diào)節(jié)補(bǔ)償電阻的方法，使探測器工作電壓恢復(fù)到初始值，保持儀表計(jì)量性能穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：STHF? γ劑量率儀? 維修? 儀表計(jì)量

中圖分類號(hào)：TP216? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098 X （2019）07（a）-0108-03

STHF型超高量程γ劑量率儀，主要在核電站大修期間測量核反應(yīng)堆水池、高放射性廢物收集桶和各類容器檢修的環(huán)境劑量率，STHF量程范圍寬，并且可以遠(yuǎn)程獲取測量數(shù)據(jù)，所以使用頻率頻繁，由于STHF直接接觸一回路冷卻劑，很容易造成與探測器相連接的電纜部分沾污放射性污染，通常難以去污干凈，導(dǎo)致儀表計(jì)數(shù)不符合實(shí)際情況，從而影響測量的準(zhǔn)確性，成為核電站儀表維修的難題之一。

1? 儀表簡介

STHF型超高量程劑量率儀是美國CANBERRA公司生產(chǎn)的一款輻射測量產(chǎn)品，與同公司生產(chǎn)的便攜式γ劑量率儀RADIAGEM相連，用于遠(yuǎn)程測量γ輻射，測量的量為周圍劑量當(dāng)量率H*（10），測量范圍從10μSv/h到1000Sv/h，探測器最大累積劑量為 5000 Sv。

STHF型超高量程劑量率γ輻射測量探頭主要由3部分組成：

（1）探測器組件，由半導(dǎo)體探測器及相關(guān)電子線路和不銹鋼外殼組成的;

（2）探測器連接電纜及繞線盤;

（3）信號(hào)處理電路單元，安裝于固定在電纜繞線盤側(cè)面的鋁制轉(zhuǎn)接盒內(nèi)。

如圖1所示，探測器組件通過50m電纜與轉(zhuǎn)接盒連接，轉(zhuǎn)接盒通過另一條連接線連接到RADIAGEM主機(jī)。探頭與連接電纜之間的連接具有防水功能，最大防水深度為水下80m，轉(zhuǎn)接盒具有防水功能。所有信號(hào)處理過程均由安裝在轉(zhuǎn)接盒中的信號(hào)處理電路完成，RADIAGEM主機(jī)為STHF探頭供電并作為測量結(jié)果顯示單元。

2? 故障分析

電站大修期間，1臺(tái)STHF型超高量程水下探測器被放射性污染，經(jīng)過專業(yè)去污后，靠近探測器端長約20m的連接電纜仍具有放射性污染，無法去除。隨即儀表維修技術(shù)人員決定對污染部分電纜進(jìn)行了切除，并將探測器組件重新安裝到剩余連接電纜上。

送至電離輻射計(jì)量實(shí)驗(yàn)室，按照《JJG 393-2003 輻射防護(hù)用X、γ輻射劑量當(dāng)量（率）儀和監(jiān)測儀》儀表檢定規(guī)程，對儀表進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)該儀表測量誤差偏大，相對固有誤差達(dá)到37.8%，超過了最大允許誤差±20%的要求，檢定不合格，無法再使用，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

在未改變探測器和主板元件的情況下，儀表性能發(fā)生質(zhì)變，初步懷疑切除電纜線對儀表計(jì)量性能造成了影響。該探頭采用半導(dǎo)體探測器，探頭輸出信號(hào)為脈沖計(jì)數(shù)率，傳輸線纜的長度應(yīng)該不會(huì)對脈沖計(jì)數(shù)率造成明顯影響。為查明故障原因，繪制了信號(hào)處理單元的電路原理圖，如圖2所示。

探測器連接電纜通過接口J1與信號(hào)處理電路板相連，信號(hào)處理電路板通過接口J2與主機(jī)相連。

分析原理圖可知，探測器脈沖信號(hào)經(jīng)過MAX439放大成形后送入MAX907與閾值電壓進(jìn)行比較，比較結(jié)果送入MCU進(jìn)行計(jì)數(shù)。理論上講，電脈沖信號(hào)在電纜中的傳輸一般情況下（不考慮高頻信號(hào)的傳輸）接收端接收到的脈沖計(jì)數(shù)率與傳輸電纜長度沒有直接關(guān)系。而探頭的脈沖信號(hào)頻率和線纜長度都滿足這樣的要求，也就是說探測器的脈沖計(jì)數(shù)率在傳輸過程中不會(huì)因電纜長度的不同而變多或變少。

繼續(xù)分析電路圖，信號(hào)轉(zhuǎn)接板與探測器之間的連接線包括3條芯線，除其中一條用于傳輸探測器脈沖信號(hào)外，還有一條供電線和一條地線。供電線用于從接口板為探測器提供工作電壓，地線作為供電電壓和探測器脈沖信號(hào)的公共參考。繪制了探測器工作電壓供電原理圖，如圖3所示。

電纜線長度雖對脈沖計(jì)數(shù)率沒有影響，但可能對經(jīng)過傳輸線供給探測器的工作電壓產(chǎn)生影響，而工作電壓的變化可能導(dǎo)致探測器計(jì)量性能的改變。為驗(yàn)證這一推論，將剪掉的電纜重新接入，分別測量斷線接入前后J1接口供電電壓以及經(jīng)過電纜分壓后探測器的實(shí)際工作電壓，并在實(shí)驗(yàn)室中用γ射線檢定裝置進(jìn)行輻照以檢查儀表測量結(jié)果的示值誤差，測量結(jié)果見表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上述推論成立：供電電壓在電纜上的壓降與電纜長度成正比，約0.5mV/m;電纜長度的不同導(dǎo)致探測器實(shí)際工作電壓發(fā)生變化，而工作電壓的變化導(dǎo)致半導(dǎo)體探測器靈敏度的改變，進(jìn)而導(dǎo)致儀表測量示值的改變。

3? 維修方法

根據(jù)問題分析，由于電纜截短后電阻變小導(dǎo)致探測器工作電壓升高，從而可以在電路中相應(yīng)加入一個(gè)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償電阻R-X，使探測器工作電壓得以恢復(fù)?？紤]探測器性能差異以及電纜長度的不同，需要的補(bǔ)償電阻阻值也不同，采用了可調(diào)電阻，如圖4所示。

為使補(bǔ)償模型更加接近電纜的真實(shí)阻抗特性，將電纜視為均勻傳輸線，采用了均勻傳輸線的集中參數(shù)模型，加入分布電容參數(shù)C-X，如圖5所示。

R-X和C-X代表被截去電纜的電阻和分布電容，大小根據(jù)電纜實(shí)際參數(shù)進(jìn)行估量。實(shí)驗(yàn)中采用了0～100Ω的可調(diào)電阻和3nF的瓷片電容，如圖6所示。

改造后，按照《JJG 393-2003 輻射防護(hù)用X、γ輻射劑量當(dāng)量（率）儀和監(jiān)測儀》儀表檢定規(guī)程，對儀表性能進(jìn)行驗(yàn)證，并通過調(diào)整R-X的阻值進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)R-X阻值為100Ω時(shí)，儀表示值誤差見表3。

由于R-X為0Ω時(shí)（未加補(bǔ)償電阻前），儀表相對固有誤差為30.8%;R-X為100Ω時(shí)，儀表相對固有誤差為-0.41%，通過調(diào)整R-X的阻值可以使儀表的相對固有誤差足夠小，儀表性能滿足規(guī)程要求。

4? 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)證明通過增加補(bǔ)償電阻，調(diào)整探測器工作電壓，可以使儀表性能發(fā)生改變，使用這種創(chuàng)新方法對STHF型超高量程γ劑量率是一種簡單有效的維修方式，本次改進(jìn)與創(chuàng)新對其他用戶儀表維修具有一定的借鑒意義。

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