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堆水池、高放射性廢物收集桶和各類容器檢修的環境劑量率，量程范圍寬可遠程獲取測量數據。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，致儀表計數不符影響測量的準確性，針對STHF被沾污只能截去污染部分電纜，可采用增加一個可調節補償電阻的方法，使探測器工作電壓恢復到初始值，保持儀表計量性能穩定。

關鍵詞：STHF? γ劑量率儀? 維修? 儀表計量

中圖分類號：TP216? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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堆水池、高放射性廢物收集桶和各類容器檢修的環境劑量率，STHF量程范圍寬，并且可以遠程獲取測量數據，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，導致儀表計數不符合實際情況，從而影響測量的準確性，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公司生產的一款輻射測量產品，與同公司生產的便攜式γ劑量率儀RADIAGEM相連，用于遠程測量γ輻射，測量的量為周圍劑量當量率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，由半導體探測器及相關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）信號處理電路單元，安裝于固定在電纜繞線盤側面的鋁制轉接盒內。

如圖1所示，探測器組件通過50m電纜與轉接盒連接，轉接盒通過另一條連接線連接到RADIAGEM主機。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，轉接盒具有防水功能。所有信號處理過程均由安裝在轉接盒中的信號處理電路完成，RADIAGEM主機為STHF探頭供電并作為測量結果顯示單元。

2? 故障分析

電站大修期間，1臺STHF型超高量程水下探測器被放射性污染，經過專業去污后，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。隨即儀表維修技術人員決定對污染部分電纜進行了切除，并將探測器組件重新安裝到剩余連接電纜上。

送至電離輻射計量實驗室，按照《JJG 393-2003 輻射防護用X、γ輻射劑量當量（率）儀和監測儀》儀表檢定規程，對儀表進行驗證，發現該儀表測量誤差偏大，相對固有誤差達到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，試驗結果見表1。

在未改變探測器和主板元件的情況下，儀表性能發生質變，初步懷疑切除電纜線對儀表計量性能造成了影響。該探頭采用半導體探測器，探頭輸出信號為脈沖計數率，傳輸線纜的長度應該不會對脈沖計數率造成明顯影響。為查明故障原因，繪制了信號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與信號處理電路板相連，信號處理電路板通過接口J2與主機相連。

分析原理圖可知，探測器脈沖信號經過MAX439放大成形后送入MAX907與閾值電壓進行比較，比較結果送入MCU進行計數。理論上講，電脈沖信號在電纜中的傳輸一般情況下（不考慮高頻信號的傳輸）接收端接收到的脈沖計數率與傳輸電纜長度沒有直接關系。而探頭的脈沖信號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數率在傳輸過程中不會因電纜長度的不同而變多或變少。

繼續分析電路圖，信號轉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數率沒有影響，但可能對經過傳輸線供給探測器的工作電壓產生影響，而工作電壓的變化可能導致探測器計量性能的改變。為驗證這一推論，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過電纜分壓后探測器的實際工作電壓，并在實驗室中用γ射線檢定裝置進行輻照以檢查儀表測量結果的示值誤差，測量結果見表2。

實驗結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;電纜長度的不同導致探測器實際工作電壓發生變化，而工作電壓的變化導致半導體探測器靈敏度的改變，進而導致儀表測量示值的改變。

3? 維修方法

根據問題分析，由于電纜截短后電阻變小導致探測器工作電壓升高，從而可以在電路中相應加入一個適當的補償電阻R-X，使探測器工作電壓得以恢復。考慮探測器性能差異以及電纜長度的不同，需要的補償電阻阻值也不同，采用了可調電阻，如圖4所示。

為使補償模型更加接近電纜的真實阻抗特性，將電纜視為均勻傳輸線，采用了均勻傳輸線的集中參數模型，加入分布電容參數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，大小根據電纜實際參數進行估量。實驗中采用了0～100Ω的可調電阻和3nF的瓷片電容，如圖6所示。

改造后，按照《JJG 393-2003 輻射防護用X、γ輻射劑量當量（率）儀和監測儀》儀表檢定規程，對儀表性能進行驗證，并通過調整R-X的阻值進行校準。當R-X阻值為100Ω時，儀表示值誤差見表3。

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

4? 結語

實驗證明通過增加補償電阻，調整探測器工作電壓，可以使儀表性能發生改變，使用這種創新方法對STHF型超高量程γ劑量率是一種簡單有效的維修方式，本次改進與創新對其他用戶儀表維修具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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