LB770低本底α/β計數器本底高原因分析及控制優化

王帥彬

摘 要

LB770低本底α/β計數器定期標定維護，在進行本底測量時發現1/2/6道本底偏大，最大的通道達到幾百cpm，遠遠超出期望限值1cpm標準，儀器已經不能正常使用。本論文通過系列排查、實驗、論證，最終找出故障的根本原因，成功排除故障。并針對海鹽地區夏季空氣濕度大的特點，提出了控制優化措施，以確保LB770夏季穩定運行，避免此類問題的再次發生。

關鍵詞

LB770;本底偏高;濕度;優化控制

中圖分類號： TL817.2;R144 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： 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，測量反應堆冷卻劑中總α，以補充134I、固體裂變產生（140La、140Ba等）或239NP的測量，以確定是否存在燃料擴散的情況。在反應堆正常功率運行期間，如果沒有燃料包殼破損，反應堆冷卻劑中總α活度的期望值應小于0.01MBq/t，接近儀器探測限。通過對反應堆冷卻劑中總β活度的測量，可以了解一回路的污染情況，以驗證各種放射性測量的一致性。

LB770低本底α/β測定儀適用于對放射性樣品的總α、β測量，它具有探頭多、界面良好、可操作性強等特點。該儀器主要由10個流氣式正比計數管、一個屏蔽計數管、前置放大器LB2025、鉛室氣體環路及計算機工作站等構成。工作氣體使用氬保氣（90%的氬和10%的CO2組成的混合氣體），氣流通過所有的計數管后，排出至戶外。

依據《工器具維護保養》規程，每半年需要使用241Am和90Sr標準平面源分別對儀器測量總α和總β效率進行標定，對標定后的性能進行檢測，以確保儀器處于最佳工作狀態。2014年的一次定期標定維護中，在進行本底測量時發現1/2/6道的本底偏大，最大的通道已經達到幾百cpm，遠遠超出期望限值1cpm標準，且測量的換料水箱樣品總β僅為幾個cpm的量級，儀器已經不能正常使用。

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LB770儀器使用說明書中對載氣流量的描述，流量不要大于100cm3/min，否則會損壞探頭（膜）。具體表現為探頭表側的聚酯薄膜會被沖破，進而導致本底偏大、探測效率降低等故障。AM實驗室使用的LB770儀器，載氣流量設置為50cm3/min，通過儀器的載氣進出口流量計判斷進出口流量基本一致，都保持在50cm3/min左右，結合以往聚酯薄膜破裂時，載氣出口流量會突降的情況，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的聚酯薄膜破裂引起。

1.2 對盛放樣品的拖盤進行去污

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

1.3 對本底高拖盤與本底正常拖盤進行位置互換

通過對拖盤去污，并沒有徹底解決本底偏高問題。存在這樣一種假設，即本底偏高確實由放射性玷污引起，去污能起到一定效果，但并不能完全去除。因此通過對本底高拖盤與本底正常拖盤進行位置互換，然后分析測量數據，即可明確本底偏高是不是由于拖盤放射性玷污引起。對通道1拖盤與通道3拖盤，通道2拖盤與通道4拖盤分別進行了互換，通過圖2的分析數據，可以看出通道1，2依然偏高，且數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。

1.4 提高儀器載氣流量

根據儀器的測量原理，提高載氣流量并不能提高探頭的探測效率。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動，離陽極越近電子獲得的能量越高，直到電離產生新的離子對，為儀器的分析測量提供必要條件。提高載氣流量，只能為本底偏高原因提供一個充分非必要條件，即可定性判斷載氣流量對儀器目前狀況下的本底測量是否有影響，再通過其他角度的原因分析來佐證這種影響的一致性。現將載氣流量由50cm3/min提高到60cm3/min，通過圖3提高流量后的數據可以看出，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，本底計數并不會出現明顯變化，說明儀器本底高的真實原因與載氣流量存在某種關聯。

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，根據新探頭的驗收證書，推薦探頭高壓為1650V。在此基礎上通過以50V為單位來提高探頭高壓，通過提高高壓后的測量數據，來分析研究探頭高壓與本底偏高的內在聯系。通過圖4可以看出提高探頭高壓后，本底最高的通道2數據明顯降低，根據儀器坪曲線的趨勢圖，正常工況下在推薦探頭高壓處再增加高壓，計數率僅略隨電壓增大，即正常工況下，通過增加探頭高壓，本底計數并不會出現明顯變化，說明儀器本底高的真實原因與探頭高壓存在某種內在關聯。

1.6 坪曲線的測量

坪曲線是衡量儀器性能的一個重要標志。其定義為：在強度不變的放射源照射下，測量計數率隨工作電壓的變化。曲線的特點是當工作電壓超過起始電壓時，計數率由零迅速增大;工作電壓繼續升高時，計數率僅略隨電壓增大，并有一個明顯的坪存在，工作電壓再繼續升高，計數率又急劇增大，這是因為計數管失去猝熄作用，形成連續放電。探頭損壞也會導致本底偏高，考慮到此探頭剛更換三年時間，再次損壞的可能性很低，通過坪曲線測量也可以驗證探頭性能是否正常，進而推斷出本底偏高是否由探頭損壞引起。由圖5和圖6的坪曲線測量趨勢圖，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、實驗、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在關聯。結合儀器的結構組成圖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器金屬陽極絲及周圍的濕度，可初步判斷本底偏高是由環境濕度大引起。

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Panasonic EH-NE32，功率1600W的電吹風，制熱擋位調到最低檔，通風擋也調到最低檔，電吹風距離聚酯薄膜約為25cm，在聚酯薄膜表面進行了均勻、輕微的加熱，然后對前置放大器與10個計數管、一個屏蔽計數管連接處，也用上述方法進行了加熱吹掃，在完成上述操作后，對LB770進行了重新組裝，然后打開儀器，調節載氣流量到50cm3/min，待儀器穩定后，再次進行了本底測量。通過圖9的數據，可以看出此時的本底已經完全正常，故障排除。

3 對策及控制優化

3.1 對策及控制優化一：增加除濕機

實驗室使用的通風為廠房集中通風系統提供，該通風在單個房間不具備良好的調節性，尤其是海鹽地區緊靠杭州灣，夏季環境濕度大，通風的濕度在夏季也就相對大。

在實驗室內增加除濕機，設置除濕機的濕度目標值為40%，通過除濕機的連續運行，能維持該房間的濕度在一個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 對策及控制優化二：提高儀器使用頻率

該實驗室有兩臺同型號的LB770低本底α/β計數器，在相同的實驗室環境下，另一臺LB770并沒有出現本底偏高的故障，最顯著區別是未出現故障LB770使用頻率較高，每周至少使用一次;出現故障的這臺LB770使用頻率很低，每月僅使用一次。可見提高儀器使用頻率，使儀器經常保持在使用狀態，可有效避免發生本底高故障。

3.3 對策及控制優化三：增加儀器密封性，保證載氣質量

儀器密封性差，環境中較大的濕度就會對儀器產生影響;工作使用的氬保氣（90%氬氣+10%二氧化碳）如果質量差，載氣本身濕度大也會對儀器本底和測量產生影響。

在日常使用及定期維護時，關注儀器的密封性，如檢查進出口流量計連接軟管是否存在泄露，更換聚酯薄膜時，四周的固定螺絲釘完全緊固。載氣使用有資質廠家生產的合格氣瓶。

4 結論

對LB770低本底α/β計數器本底高原因進行分析，并根據分析結果最終排除了故障。導致LB770儀器本底高的根本原因為實驗室環境濕度大，間接原因為儀器使用頻率低。可通過增加除濕機、提高儀器使用頻率、提高儀器密封性、保證載氣質量等控制優化手段來保障儀器的正常使用。

參考文獻

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