降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀誤報(bào)率的研究

任 煜

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000)

為保證核電站二回路汽機(jī)凝結(jié)水的水質(zhì)和防止設(shè)備腐蝕結(jié)垢，在二回路中設(shè)置了凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽(yáng)離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床，用以去除凝結(jié)水中的懸浮雜質(zhì)和離子性雜質(zhì)[1]。

當(dāng)蒸汽發(fā)生器換熱管破損時(shí)，放射性物質(zhì)將會(huì)進(jìn)入加熱蒸汽，聚集在凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽(yáng)離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床，造成凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽(yáng)離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床γ劑量率升高。為了連續(xù)監(jiān)測(cè)γ劑量率，輔助判定蒸汽發(fā)生器換熱管是否發(fā)生破損，在汽輪機(jī)凝結(jié)水凈化凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽(yáng)離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床區(qū)域設(shè)置γ劑量率監(jiān)測(cè)儀[2]。同一核電站監(jiān)測(cè)同一系統(tǒng)，不同機(jī)組有XH-3203Q2 Ⅱ、GIM204兩種儀表類型。

1 監(jiān)測(cè)儀運(yùn)行情況說明

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀投運(yùn)后，2018年多次發(fā)生誤報(bào)警，一個(gè)月報(bào)警最多達(dá)35次，而GIM204型監(jiān)測(cè)儀2018年僅出現(xiàn)1次誤報(bào)警。對(duì)輻射監(jiān)測(cè)通道2018年誤報(bào)警次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)通道2018年誤報(bào)警統(tǒng)計(jì)

輻射監(jiān)測(cè)通道報(bào)警后，輻射防護(hù)人員對(duì)通道周圍輻射水平進(jìn)行測(cè)量為本底水平，報(bào)警期間冗余通道的監(jiān)測(cè)數(shù)值為探測(cè)下限，查看通道周圍無射線探傷或無放射性物品轉(zhuǎn)運(yùn)工作，判定通道為誤報(bào)警。凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)輻射監(jiān)測(cè)通道所在區(qū)域溫濕度，滿足設(shè)計(jì)要求。現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)通道誤報(bào)警期間，通道附近無焊接等作業(yè)。

從GIM204、XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀自身結(jié)構(gòu)及性能等方面，開展了XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀誤報(bào)率高的分析研究。

2 監(jiān)測(cè)儀的工作原理及誤報(bào)率高的原因

2.1 儀表參數(shù)性能比較

GIM204和XH-3120Q2型監(jiān)測(cè)儀儀表參數(shù)見表1。GIM204型監(jiān)測(cè)儀比XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀探測(cè)下限低一個(gè)數(shù)量級(jí);GIM204型監(jiān)測(cè)儀探測(cè)下限比一級(jí)報(bào)警閾值低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀探測(cè)下限比一級(jí)報(bào)警閾值低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

表1 儀表參數(shù)性能

XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀比GIM204型監(jiān)測(cè)儀誤報(bào)率高，初步判斷與GIM204型監(jiān)測(cè)儀比XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀探測(cè)下限低一個(gè)量級(jí)有關(guān)。

2.2 XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀誤報(bào)率高的原因

GIM204型監(jiān)測(cè)儀由半導(dǎo)體探測(cè)器、就地處理單元、接線箱組成，如圖2。半導(dǎo)體探測(cè)器在工作時(shí)加上反向電壓，半導(dǎo)體材料中電離產(chǎn)生了電子-空穴對(duì)，電子和空穴在電場(chǎng)的作用下分別向二個(gè)電極運(yùn)動(dòng)，并被電極收集，從而產(chǎn)生脈沖信號(hào)[3]。脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大后送入就地處理單元中，就地處理單元按照預(yù)定的計(jì)算方法，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為γ劑量率。

圖 2 GIM204型監(jiān)測(cè)儀實(shí)物圖

XH-3203Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀由電離室探測(cè)器、源檢裝置、就地處理箱組成，如圖3。電離室探測(cè)器在工作時(shí)，兩極加上電壓，在兩極之間形成電場(chǎng)，在氣體中電離形成離子對(duì)，在電場(chǎng)作用下，離子對(duì)向兩極運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中，電離室輸出回路形成電流信號(hào)。電流經(jīng)放大器放大后直接轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出至就地處理箱，就地處理箱又將此信號(hào)進(jìn)行電壓/頻率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后確定當(dāng)前劑量點(diǎn)的γ劑量率[4]。

圖3 XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀實(shí)物圖

電離輻射在半導(dǎo)體介質(zhì)中產(chǎn)生一對(duì)電子-空穴對(duì)平均所需能量為在氣體中產(chǎn)生一對(duì)離子對(duì)所需能量的十分之一，同樣能量的帶電粒子在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量要比在氣體中產(chǎn)生的離子對(duì)多約一個(gè)量級(jí)，對(duì)應(yīng)GIM204型監(jiān)測(cè)儀比XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀探測(cè)下限低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

(1)

(2)

本底環(huán)境下測(cè)量區(qū)間為N±σN，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差νN是[5]

(3)

在本底環(huán)境下，測(cè)量值與探測(cè)下限相差不大，監(jiān)測(cè)儀表探測(cè)下限越低，計(jì)數(shù)越大。從公式(3)可以看出，計(jì)數(shù)越大，儀表測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差越小，測(cè)量精確度越高，如圖4標(biāo)準(zhǔn)誤差分布曲線圖，ν1<ν2，則測(cè)量數(shù)值大于一級(jí)報(bào)警閾值的概率小，誤報(bào)率低。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)誤差分布曲線圖

從公式(3)可以看出，可以增加XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀測(cè)量計(jì)數(shù)，降低相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差，降低誤報(bào)率。本底環(huán)境下，測(cè)量計(jì)數(shù)在本地值附近漲落，增大測(cè)量值無法實(shí)施?？梢詢?yōu)化XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀內(nèi)部算法，降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀降低測(cè)量值偏差，降低誤報(bào)率。

3 降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀誤報(bào)率的方法

為了保證二回路輻射水平監(jiān)測(cè)的可靠性，需要降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀的誤報(bào)率。通過優(yōu)化儀表內(nèi)部算法，穩(wěn)定測(cè)量數(shù)據(jù)，降低統(tǒng)計(jì)漲落，降低儀表誤報(bào)率。

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀當(dāng)前劑量率值，計(jì)算方法為：

(4)

式中：N——探測(cè)器就地處理箱測(cè)量計(jì)數(shù)。

通過公式(4)可以看出，為使得監(jiān)測(cè)通道測(cè)量數(shù)值穩(wěn)定，零點(diǎn)和靈敏度為儀表固有屬性，無法調(diào)整，本底值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)本底水平設(shè)置，不宜隨意更改，故穩(wěn)定監(jiān)測(cè)儀就地處理箱測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)值是較優(yōu)的調(diào)整方案。

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀的就地處理箱每秒采集一次測(cè)量數(shù)據(jù)，但由于受放射性統(tǒng)計(jì)漲落的影響，當(dāng)放射性水平很低時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)的漲落比較大，為了使測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可以采用數(shù)據(jù)平滑的方式進(jìn)行處理?！捌交瑫r(shí)間常數(shù)”就是控制這種處理的一個(gè)參數(shù)，單位為s。它的含義是每次測(cè)量結(jié)果的計(jì)算，都是由平滑時(shí)間常數(shù)規(guī)定的前若干秒測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值。如果平滑時(shí)間常數(shù)設(shè)定為10，那么盡管此時(shí)就地處理單元還是每秒更新一次數(shù)據(jù)，但所有數(shù)據(jù)都是前10 s采集數(shù)據(jù)平均值計(jì)算的，可以有效地降低統(tǒng)計(jì)漲落的影響。平滑時(shí)間n常數(shù)就是控制這種處理的一個(gè)參數(shù)，就是每次測(cè)量結(jié)果的計(jì)算，都由平滑時(shí)間規(guī)定的前若干秒測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值。平滑時(shí)間常數(shù)n可在就地處理箱進(jìn)行設(shè)置。在ti秒的計(jì)數(shù)值N計(jì)算方法為：

(5)

計(jì)數(shù)值N服從高斯分布，平均標(biāo)準(zhǔn)方差σ計(jì)算公式如下[6]：

(6)

若要降低計(jì)數(shù)值Ni波動(dòng)，根據(jù)公式(5)，將平滑時(shí)間n調(diào)大，對(duì)應(yīng)σN降低。

在平滑時(shí)間常數(shù)調(diào)整前為n1，將平滑時(shí)間常數(shù)調(diào)整大后為n2，對(duì)應(yīng)的Ni平均標(biāo)準(zhǔn)方差由σ1變?yōu)棣?，根據(jù)公式(6)，若n2>n1,則σ2<σ1，平均標(biāo)準(zhǔn)方差曲線圖如圖5，對(duì)應(yīng)大于一級(jí)報(bào)警閾值的概率減小，則誤報(bào)警率降低。

圖5 平均標(biāo)準(zhǔn)方差曲線圖

將XH-3203Q2Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀的平滑時(shí)間從160調(diào)整為240，查詢凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)通道測(cè)量曲線圖見圖6，誤報(bào)警次數(shù)減少。

圖6 監(jiān)測(cè)通道測(cè)量曲線圖

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀對(duì)凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽(yáng)離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床區(qū)域γ劑量率監(jiān)測(cè)，每次測(cè)量結(jié)果的計(jì)算，都由平滑時(shí)間規(guī)定的前若干秒測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值，將監(jiān)測(cè)儀平滑時(shí)間常數(shù)由160調(diào)為240，測(cè)量結(jié)果由前160 s內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值變?yōu)榍?40 s內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值，不影響儀表報(bào)警響應(yīng)。若所監(jiān)測(cè)凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽(yáng)離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床區(qū)域γ劑量率升高，系統(tǒng)中介質(zhì)雜質(zhì)會(huì)附著在凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽(yáng)離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床上，探頭測(cè)量計(jì)數(shù)會(huì)升高，根據(jù)公式(5)在ti秒的計(jì)數(shù)值N計(jì)算方法，計(jì)數(shù)升高，不論平滑時(shí)間常數(shù)為多少，測(cè)量結(jié)果會(huì)升高，不影響監(jiān)測(cè)儀測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

通過本文的分析，可以說明如下問題：

1)凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)輻射監(jiān)測(cè)儀表探測(cè)下限與一級(jí)報(bào)警閾值相近，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)大，易引起儀表誤報(bào)警；

2)通過調(diào)整平滑時(shí)間，優(yōu)化了測(cè)量數(shù)據(jù)，降低了儀表的誤報(bào)率，有助于二回路輻射水平的真實(shí)判斷。

通過調(diào)節(jié)平滑時(shí)間，降低了儀表誤報(bào)率，不影響監(jiān)測(cè)儀測(cè)量的準(zhǔn)確性。開展降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測(cè)儀的誤報(bào)率的研究，有利于同型號(hào)儀表的推廣和使用，可以推廣該優(yōu)化方法，提高儀表穩(wěn)定性。