LB770低本底α/β計(jì)數(shù)器本底高原因分析及控制優(yōu)化

王帥彬

摘 要

LB770低本底α/β計(jì)數(shù)器定期標(biāo)定維護(hù)，在進(jìn)行本底測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)1/2/6道本底偏大，最大的通道達(dá)到幾百cpm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出期望限值1cpm標(biāo)準(zhǔn)，儀器已經(jīng)不能正常使用。本論文通過系列排查、實(shí)驗(yàn)、論證，最終找出故障的根本原因，成功排除故障。并針對(duì)海鹽地區(qū)夏季空氣濕度大的特點(diǎn)，提出了控制優(yōu)化措施，以確保LB770夏季穩(wěn)定運(yùn)行，避免此類問題的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞

LB770;本底偏高;濕度;優(yōu)化控制

中圖分類號(hào)： TL817.2;R144 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.039

Abstract

With 10-channel α-β-Counter LB770Win regular calibration and maintenance，the background value was higher when doing the background measuring，it was focused on 1/2/6 channels，the largest channel reached several hundred cpm，far more than the expected limiting value of 1cpm，and the total β the PTR001BA sample which measured was only several cpm，the instrument was already not work well.This paper has found the root cause of instrument failure and successfully cleared the fault by series experiments and troubleshootings.In addition，this paper presents the series control and optimization measures about the characteristic of high humidity in summer in Haiyan county to make sure the stable operation of LB770 in summer，and avoid the happening problems of this sort.

Key Words

LB770;Background higher;Humidity;Optimization control

0 前言

壓水堆核電廠，測(cè)量反應(yīng)堆冷卻劑中總α，以補(bǔ)充134I、固體裂變產(chǎn)生（140La、140Ba等）或239NP的測(cè)量，以確定是否存在燃料擴(kuò)散的情況。在反應(yīng)堆正常功率運(yùn)行期間，如果沒有燃料包殼破損，反應(yīng)堆冷卻劑中總α活度的期望值應(yīng)小于0.01MBq/t，接近儀器探測(cè)限。通過對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑中總β活度的測(cè)量，可以了解一回路的污染情況，以驗(yàn)證各種放射性測(cè)量的一致性。

LB770低本底α/β測(cè)定儀適用于對(duì)放射性樣品的總α、β測(cè)量，它具有探頭多、界面良好、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。該儀器主要由10個(gè)流氣式正比計(jì)數(shù)管、一個(gè)屏蔽計(jì)數(shù)管、前置放大器LB2025、鉛室氣體環(huán)路及計(jì)算機(jī)工作站等構(gòu)成。工作氣體使用氬保氣（90%的氬和10%的CO2組成的混合氣體），氣流通過所有的計(jì)數(shù)管后，排出至戶外。

依據(jù)《工器具維護(hù)保養(yǎng)》規(guī)程，每半年需要使用241Am和90Sr標(biāo)準(zhǔn)平面源分別對(duì)儀器測(cè)量總α和總β效率進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)標(biāo)定后的性能進(jìn)行檢測(cè)，以確保儀器處于最佳工作狀態(tài)。2014年的一次定期標(biāo)定維護(hù)中，在進(jìn)行本底測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)1/2/6道的本底偏大，最大的通道已經(jīng)達(dá)到幾百cpm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出期望限值1cpm標(biāo)準(zhǔn)，且測(cè)量的換料水箱樣品總β僅為幾個(gè)cpm的量級(jí)，儀器已經(jīng)不能正常使用。

1 故障原因分析與判斷

1.1 通過載氣流量判斷聚酯薄膜情況

根據(jù)LB770儀器使用說明書中對(duì)載氣流量的描述，流量不要大于100cm3/min，否則會(huì)損壞探頭（膜）。具體表現(xiàn)為探頭表側(cè)的聚酯薄膜會(huì)被沖破，進(jìn)而導(dǎo)致本底偏大、探測(cè)效率降低等故障。AM實(shí)驗(yàn)室使用的LB770儀器，載氣流量設(shè)置為50cm3/min，通過儀器的載氣進(jìn)出口流量計(jì)判斷進(jìn)出口流量基本一致，都保持在50cm3/min左右，結(jié)合以往聚酯薄膜破裂時(shí)，載氣出口流量會(huì)突降的情況，初步判斷聚酯薄膜完好，可排除儀器本底偏高是由探頭表側(cè)的聚酯薄膜破裂引起。

1.2 對(duì)盛放樣品的拖盤進(jìn)行去污

考慮到儀器測(cè)量的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)樣品總β活度達(dá)到3000MBq/t這樣的量級(jí)，且本底偏高的通道也是主要用來測(cè)量高放射性樣品，因此對(duì)儀器拖盤進(jìn)行了放射性去污。使用鑷子夾取蘸有無水乙醇的脫脂棉，對(duì)10個(gè)拖盤及盤內(nèi)的玻璃盤依次進(jìn)行擦拭去污，重復(fù)上述步驟，共進(jìn)行了3次去污。去污后對(duì)本底再次進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)去污后，通道1的本底并沒有出現(xiàn)明顯下降，維持在均值16cpm的水平，通道2出現(xiàn)明顯下降，從均值1150cpm下降到均值321cpm，由此可見，放射性去污對(duì)本底特別高的通道2有作用，作用機(jī)理并不明確，可能是去污操作達(dá)到了去污效果，也可能是外界溫度、濕度及去污對(duì)探頭影響導(dǎo)致，但去污并不能從根本上解決本底高的問題。

1.3 對(duì)本底高拖盤與本底正常拖盤進(jìn)行位置互換

通過對(duì)拖盤去污，并沒有徹底解決本底偏高問題。存在這樣一種假設(shè)，即本底偏高確實(shí)由放射性玷污引起，去污能起到一定效果，但并不能完全去除。因此通過對(duì)本底高拖盤與本底正常拖盤進(jìn)行位置互換，然后分析測(cè)量數(shù)據(jù)，即可明確本底偏高是不是由于拖盤放射性玷污引起。對(duì)通道1拖盤與通道3拖盤，通道2拖盤與通道4拖盤分別進(jìn)行了互換，通過圖2的分析數(shù)據(jù)，可以看出通道1，2依然偏高，且數(shù)值與互換前基本一致，通道3，4依然維持了之前的小于1cpm水平，與互換前也基本一致，通過拖盤互換，徹底排除了本底偏高是由拖盤放射性玷污引起的假設(shè)。

1.4 提高儀器載氣流量

根據(jù)儀器的測(cè)量原理，提高載氣流量并不能提高探頭的探測(cè)效率。載氣的作用：樣品射線沿其徑跡使載氣電離，大量電子加速向陽極運(yùn)動(dòng)，離陽極越近電子獲得的能量越高，直到電離產(chǎn)生新的離子對(duì)，為儀器的分析測(cè)量提供必要條件。提高載氣流量，只能為本底偏高原因提供一個(gè)充分非必要條件，即可定性判斷載氣流量對(duì)儀器目前狀況下的本底測(cè)量是否有影響，再通過其他角度的原因分析來佐證這種影響的一致性?，F(xiàn)將載氣流量由50cm3/min提高到60cm3/min，通過圖3提高流量后的數(shù)據(jù)可以看出，提高載氣流量，本底明顯降低，而在儀器正常工況下，提高載氣流量，本底計(jì)數(shù)并不會(huì)出現(xiàn)明顯變化，說明儀器本底高的真實(shí)原因與載氣流量存在某種關(guān)聯(lián)。

1.5 提高儀器探頭高壓

2010年底LB770的探頭由于使用壽命已到，老化損壞，更換了新的整體探頭，根據(jù)新探頭的驗(yàn)收證書，推薦探頭高壓為1650V。在此基礎(chǔ)上通過以50V為單位來提高探頭高壓，通過提高高壓后的測(cè)量數(shù)據(jù)，來分析研究探頭高壓與本底偏高的內(nèi)在聯(lián)系。通過圖4可以看出提高探頭高壓后，本底最高的通道2數(shù)據(jù)明顯降低，根據(jù)儀器坪曲線的趨勢(shì)圖，正常工況下在推薦探頭高壓處再增加高壓，計(jì)數(shù)率僅略隨電壓增大，即正常工況下，通過增加探頭高壓，本底計(jì)數(shù)并不會(huì)出現(xiàn)明顯變化，說明儀器本底高的真實(shí)原因與探頭高壓存在某種內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

1.6 坪曲線的測(cè)量

坪曲線是衡量?jī)x器性能的一個(gè)重要標(biāo)志。其定義為：在強(qiáng)度不變的放射源照射下，測(cè)量計(jì)數(shù)率隨工作電壓的變化。曲線的特點(diǎn)是當(dāng)工作電壓超過起始電壓時(shí)，計(jì)數(shù)率由零迅速增大;工作電壓繼續(xù)升高時(shí)，計(jì)數(shù)率僅略隨電壓增大，并有一個(gè)明顯的坪存在，工作電壓再繼續(xù)升高，計(jì)數(shù)率又急劇增大，這是因?yàn)橛?jì)數(shù)管失去猝熄作用，形成連續(xù)放電。探頭損壞也會(huì)導(dǎo)致本底偏高，考慮到此探頭剛更換三年時(shí)間，再次損壞的可能性很低，通過坪曲線測(cè)量也可以驗(yàn)證探頭性能是否正常，進(jìn)而推斷出本底偏高是否由探頭損壞引起。由圖5和圖6的坪曲線測(cè)量趨勢(shì)圖，可以判斷出儀器探頭沒有損壞。

1.7 綜合分析

通過上述系列排查、實(shí)驗(yàn)、論證，可以得出本底偏高不是由探頭損壞、聚脂薄膜破裂及拖盤玷污引起。通過提高載氣流量和提高探頭高壓，都可以看出本底明顯降低，證明本底偏高與載氣流量、探頭高壓存在某種內(nèi)在關(guān)聯(lián)。結(jié)合儀器的結(jié)構(gòu)組成圖7和圖8，可以看出提高載氣流量和提高探頭高壓均可減小探測(cè)器金屬陽極絲及周圍的濕度，可初步判斷本底偏高是由環(huán)境濕度大引起。

2 故障排除

移出鉛磚，把儀器解體，在不拆解聚酯薄膜前提下，使用型號(hào)Panasonic EH-NE32，功率1600W的電吹風(fēng)，制熱擋位調(diào)到最低檔，通風(fēng)擋也調(diào)到最低檔，電吹風(fēng)距離聚酯薄膜約為25cm，在聚酯薄膜表面進(jìn)行了均勻、輕微的加熱，然后對(duì)前置放大器與10個(gè)計(jì)數(shù)管、一個(gè)屏蔽計(jì)數(shù)管連接處，也用上述方法進(jìn)行了加熱吹掃，在完成上述操作后，對(duì)LB770進(jìn)行了重新組裝，然后打開儀器，調(diào)節(jié)載氣流量到50cm3/min，待儀器穩(wěn)定后，再次進(jìn)行了本底測(cè)量。通過圖9的數(shù)據(jù)，可以看出此時(shí)的本底已經(jīng)完全正常，故障排除。

3 對(duì)策及控制優(yōu)化

3.1 對(duì)策及控制優(yōu)化一：增加除濕機(jī)

實(shí)驗(yàn)室使用的通風(fēng)為廠房集中通風(fēng)系統(tǒng)提供，該通風(fēng)在單個(gè)房間不具備良好的調(diào)節(jié)性，尤其是海鹽地區(qū)緊靠杭州灣，夏季環(huán)境濕度大，通風(fēng)的濕度在夏季也就相對(duì)大。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)增加除濕機(jī)，設(shè)置除濕機(jī)的濕度目標(biāo)值為40%，通過除濕機(jī)的連續(xù)運(yùn)行，能維持該房間的濕度在一個(gè)儀器正常工作的合理范圍（儀器工作溫度要求20℃～25℃，濕度<70%）。

3.2 對(duì)策及控制優(yōu)化二：提高儀器使用頻率

該實(shí)驗(yàn)室有兩臺(tái)同型號(hào)的LB770低本底α/β計(jì)數(shù)器，在相同的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，另一臺(tái)LB770并沒有出現(xiàn)本底偏高的故障，最顯著區(qū)別是未出現(xiàn)故障LB770使用頻率較高，每周至少使用一次;出現(xiàn)故障的這臺(tái)LB770使用頻率很低，每月僅使用一次?？梢娞岣邇x器使用頻率，使儀器經(jīng)常保持在使用狀態(tài)，可有效避免發(fā)生本底高故障。

3.3 對(duì)策及控制優(yōu)化三：增加儀器密封性，保證載氣質(zhì)量

儀器密封性差，環(huán)境中較大的濕度就會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)生影響;工作使用的氬保氣（90%氬氣+10%二氧化碳）如果質(zhì)量差，載氣本身濕度大也會(huì)對(duì)儀器本底和測(cè)量產(chǎn)生影響。

在日常使用及定期維護(hù)時(shí)，關(guān)注儀器的密封性，如檢查進(jìn)出口流量計(jì)連接軟管是否存在泄露，更換聚酯薄膜時(shí)，四周的固定螺絲釘完全緊固。載氣使用有資質(zhì)廠家生產(chǎn)的合格氣瓶。

4 結(jié)論

對(duì)LB770低本底α/β計(jì)數(shù)器本底高原因進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果最終排除了故障。導(dǎo)致LB770儀器本底高的根本原因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室環(huán)境濕度大，間接原因?yàn)閮x器使用頻率低?？赏ㄟ^增加除濕機(jī)、提高儀器使用頻率、提高儀器密封性、保證載氣質(zhì)量等控制優(yōu)化手段來保障儀器的正常使用。

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