降低XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀誤報率的研究

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凝結水的水質和防止設備腐蝕結垢，在二回路中設置了凝結水機械凈化系統陽離子過濾器和凝結水離子交換處理系統混床，用以去除凝結水中的懸浮雜質和離子性雜質[1]。

當蒸汽發生器換熱管破損時，放射性物質將會進入加熱蒸汽，聚集在凝結水機械凈化系統陽離子過濾器和凝結水離子交換處理系統混床，造成凝結水機械凈化系統陽離子過濾器和凝結水離子交換處理系統混床γ劑量率升高。為了連續監測γ劑量率，輔助判定蒸汽發生器換熱管是否發生破損，在汽輪機凝結水凈化凝結水機械凈化系統陽離子過濾器和凝結水離子交換處理系統混床區域設置γ劑量率監測儀[2]。同一核電站監測同一系統，不同機組有XH-3203Q2 Ⅱ、GIM204兩種儀表類型。

1 監測儀運行情況說明

XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀投運后，2018年多次發生誤報警，一個月報警最多達35次，而GIM204型監測儀2018年僅出現1次誤報警。對輻射監測通道2018年誤報警次數進行統計，如圖1所示。

圖1 凝結水機械凈化系統、凝結水離子交換處理系統監測通道2018年誤報警統計

輻射監測通道報警后，輻射防護人員對通道周圍輻射水平進行測量為本底水平，報警期間冗余通道的監測數值為探測下限，查看通道周圍無射線探傷或無放射性物品轉運工作，判定通道為誤報警。凝結水機械凈化系統、凝結水離子交換處理系統輻射監測通道所在區域溫濕度，滿足設計要求?，F場核實通道誤報警期間，通道附近無焊接等作業。

從GIM204、XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀自身結構及性能等方面，開展了XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀誤報率高的分析研究。

2 監測儀的工作原理及誤報率高的原因

2.1 儀表參數性能比較

GIM204和XH-3120Q2型監測儀儀表參數見表1。GIM204型監測儀比XH-3120Q2Ⅱ型監測儀探測下限低一個數量級;GIM204型監測儀探測下限比一級報警閾值低兩個數量級，而XH-3120Q2Ⅱ型監測儀探測下限比一級報警閾值低一個數量級。

表1 儀表參數性能

XH-3120Q2Ⅱ型監測儀比GIM204型監測儀誤報率高，初步判斷與GIM204型監測儀比XH-3120Q2Ⅱ型監測儀探測下限低一個量級有關。

2.2 XH-3120Q2Ⅱ型監測儀誤報率高的原因

GIM204型監測儀由半導體探測器、就地處理單元、接線箱組成，如圖2。半導體探測器在工作時加上反向電壓，半導體材料中電離產生了電子-空穴對，電子和空穴在電場的作用下分別向二個電極運動，并被電極收集，從而產生脈沖信號[3]。脈沖信號經放大器放大后送入就地處理單元中，就地處理單元按照預定的計算方法，將電信號轉換為γ劑量率。

圖 2 GIM204型監測儀實物圖

XH-3203Q2Ⅱ型監測儀由電離室探測器、源檢裝置、就地處理箱組成，如圖3。電離室探測器在工作時，兩極加上電壓，在兩極之間形成電場，在氣體中電離形成離子對，在電場作用下，離子對向兩極運動，運動過程中，電離室輸出回路形成電流信號。電流經放大器放大后直接轉換成電壓信號輸出至就地處理箱，就地處理箱又將此信號進行電壓/頻率轉換，轉換后確定當前劑量點的γ劑量率[4]。

圖3 XH-3120Q2Ⅱ型監測儀實物圖

電離輻射在半導體介質中產生一對電子-空穴對平均所需能量為在氣體中產生一對離子對所需能量的十分之一，同樣能量的帶電粒子在半導體中產生的電子-空穴對數量要比在氣體中產生的離子對多約一個量級，對應GIM204型監測儀比XH-3120Q2Ⅱ型監測儀探測下限低一個數量級。

(1)

(2)

本底環境下測量區間為N±σN，相對標準誤差νN是[5]

(3)

在本底環境下，測量值與探測下限相差不大，監測儀表探測下限越低，計數越大。從公式(3)可以看出，計數越大，儀表測量相對標準誤差越小，測量精確度越高，如圖4標準誤差分布曲線圖，ν1<ν2，則測量數值大于一級報警閾值的概率小，誤報率低。

圖4 標準誤差分布曲線圖

從公式(3)可以看出，可以增加XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀測量計數，降低相對標準誤差，降低誤報率。本底環境下，測量計數在本地值附近漲落，增大測量值無法實施?？梢詢灮疿H-3203Q2 Ⅱ型監測儀內部算法，降低XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀降低測量值偏差，降低誤報率。

3 降低XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀誤報率的方法

為了保證二回路輻射水平監測的可靠性，需要降低XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀的誤報率。通過優化儀表內部算法，穩定測量數據，降低統計漲落，降低儀表誤報率。

XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀當前劑量率值，計算方法為：

(4)

式中：N——探測器就地處理箱測量計數。

通過公式(4)可以看出，為使得監測通道測量數值穩定，零點和靈敏度為儀表固有屬性，無法調整，本底值根據現場本底水平設置，不宜隨意更改，故穩定監測儀就地處理箱測量數據數值是較優的調整方案。

XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀的就地處理箱每秒采集一次測量數據，但由于受放射性統計漲落的影響，當放射性水平很低時，測量數據的漲落比較大，為了使測量數據穩定，可以采用數據平滑的方式進行處理?！捌交瑫r間常數”就是控制這種處理的一個參數，單位為s。它的含義是每次測量結果的計算，都是由平滑時間常數規定的前若干秒測量數據的平均值。如果平滑時間常數設定為10，那么盡管此時就地處理單元還是每秒更新一次數據，但所有數據都是前10 s采集數據平均值計算的，可以有效地降低統計漲落的影響。平滑時間n常數就是控制這種處理的一個參數，就是每次測量結果的計算，都由平滑時間規定的前若干秒測量數據的平均值。平滑時間常數n可在就地處理箱進行設置。在ti秒的計數值N計算方法為：

(5)

計數值N服從高斯分布，平均標準方差σ計算公式如下[6]：

(6)

若要降低計數值Ni波動，根據公式(5)，將平滑時間n調大，對應σN降低。

在平滑時間常數調整前為n1，將平滑時間常數調整大后為n2，對應的Ni平均標準方差由σ1變為σ2，根據公式(6)，若n2>n1,則σ2<σ1，平均標準方差曲線圖如圖5，對應大于一級報警閾值的概率減小，則誤報警率降低。

圖5 平均標準方差曲線圖

將XH-3203Q2Ⅱ型監測儀的平滑時間從160調整為240，查詢凝結水機械凈化系統、凝結水離子交換處理系統通道測量曲線圖見圖6，誤報警次數減少。

圖6 監測通道測量曲線圖

XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀對凝結水機械凈化系統陽離子過濾器和凝結水離子交換處理系統混床區域γ劑量率監測，每次測量結果的計算，都由平滑時間規定的前若干秒測量數據的平均值，將監測儀平滑時間常數由160調為240，測量結果由前160 s內數據的平均值變為前240 s內數據的平均值，不影響儀表報警響應。若所監測凝結水機械凈化系統陽離子過濾器和凝結水離子交換處理系統混床區域γ劑量率升高，系統中介質雜質會附著在凝結水機械凈化系統陽離子過濾器和凝結水離子交換處理系統混床上，探頭測量計數會升高，根據公式(5)在ti秒的計數值N計算方法，計數升高，不論平滑時間常數為多少，測量結果會升高，不影響監測儀測量的準確性。

4 結 論

通過本文的分析，可以說明如下問題：

1)凝結水機械凈化系統、凝結水離子交換處理系統輻射監測儀表探測下限與一級報警閾值相近，導致測量數據波動大，易引起儀表誤報警；

2)通過調整平滑時間，優化了測量數據，降低了儀表的誤報率，有助于二回路輻射水平的真實判斷。

通過調節平滑時間，降低了儀表誤報率，不影響監測儀測量的準確性。開展降低XH-3203Q2 Ⅱ型監測儀的誤報率的研究，有利于同型號儀表的推廣和使用，可以推廣該優化方法，提高儀表穩定性。