降低XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪误报率的研究

2020-04-30任煜

中国核电 2020年1期

任煜

(江苏核电有限公司，江苏连云港 222000)

为保证核电站二回路汽机凝结水的水质和防止设备腐蚀结垢，在二回路中设置了凝结水机械净化系统阳离子过滤器和凝结水离子交换处理系统混床，用以去除凝结水中的悬浮杂质和离子性杂质[1]。

当蒸汽发生器换热管破损时，放射性物质将会进入加热蒸汽，聚集在凝结水机械净化系统阳离子过滤器和凝结水离子交换处理系统混床，造成凝结水机械净化系统阳离子过滤器和凝结水离子交换处理系统混床γ剂量率升高。为了连续监测γ剂量率，辅助判定蒸汽发生器换热管是否发生破损，在汽轮机凝结水净化凝结水机械净化系统阳离子过滤器和凝结水离子交换处理系统混床区域设置γ剂量率监测仪[2]。同一核电站监测同一系统，不同机组有XH-3203Q2 Ⅱ、GIM204两种仪表类型。

1 监测仪运行情况说明

XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪投运后，2018年多次发生误报警，一个月报警最多达35次，而GIM204型监测仪2018年仅出现1次误报警。对辐射监测通道2018年误报警次数进行统计，如图1所示。

图1 凝结水机械净化系统、凝结水离子交换处理系统监测通道2018年误报警统计

辐射监测通道报警后，辐射防护人员对通道周围辐射水平进行测量为本底水平，报警期间冗余通道的监测数值为探测下限，查看通道周围无射线探伤或无放射性物品转运工作，判定通道为误报警。凝结水机械净化系统、凝结水离子交换处理系统辐射监测通道所在区域温湿度，满足设计要求。现场核实通道误报警期间，通道附近无焊接等作业。

从GIM204、XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪自身结构及性能等方面，开展了XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪误报率高的分析研究。

2 监测仪的工作原理及误报率高的原因

2.1 仪表参数性能比较

GIM204和XH-3120Q2型监测仪仪表参数见表1。GIM204型监测仪比XH-3120Q2Ⅱ型监测仪探测下限低一个数量级;GIM204型监测仪探测下限比一级报警阈值低两个数量级，而XH-3120Q2Ⅱ型监测仪探测下限比一级报警阈值低一个数量级。

表1 仪表参数性能

XH-3120Q2Ⅱ型监测仪比GIM204型监测仪误报率高，初步判断与GIM204型监测仪比XH-3120Q2Ⅱ型监测仪探测下限低一个量级有关。

2.2 XH-3120Q2Ⅱ型监测仪误报率高的原因

GIM204型监测仪由半导体探测器、就地处理单元、接线箱组成，如图2。半导体探测器在工作时加上反向电压，半导体材料中电离产生了电子-空穴对，电子和空穴在电场的作用下分别向二个电极运动，并被电极收集，从而产生脉冲信号[3]。脉冲信号经放大器放大后送入就地处理单元中，就地处理单元按照预定的计算方法，将电信号转换为γ剂量率。

图 2 GIM204型监测仪实物图

XH-3203Q2Ⅱ型监测仪由电离室探测器、源检装置、就地处理箱组成，如图3。电离室探测器在工作时，两极加上电压，在两极之间形成电场，在气体中电离形成离子对，在电场作用下，离子对向两极运动，运动过程中，电离室输出回路形成电流信号。电流经放大器放大后直接转换成电压信号输出至就地处理箱，就地处理箱又将此信号进行电压/频率转换，转换后确定当前剂量点的γ剂量率[4]。

图3 XH-3120Q2Ⅱ型监测仪实物图

电离辐射在半导体介质中产生一对电子-空穴对平均所需能量为在气体中产生一对离子对所需能量的十分之一，同样能量的带电粒子在半导体中产生的电子-空穴对数量要比在气体中产生的离子对多约一个量级，对应GIM204型监测仪比XH-3120Q2Ⅱ型监测仪探测下限低一个数量级。

(1)

(2)

本底环境下测量区间为N±σN，相对标准误差νN是[5]

(3)

在本底环境下，测量值与探测下限相差不大，监测仪表探测下限越低，计数越大。从公式(3)可以看出，计数越大，仪表测量相对标准误差越小，测量精确度越高，如图4标准误差分布曲线图，ν1<ν2，则测量数值大于一级报警阈值的概率小，误报率低。

图4 标准误差分布曲线图

从公式(3)可以看出，可以增加XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪测量计数，降低相对标准误差，降低误报率。本底环境下，测量计数在本地值附近涨落，增大测量值无法实施。可以优化XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪内部算法，降低XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪降低测量值偏差，降低误报率。

3 降低XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪误报率的方法

为了保证二回路辐射水平监测的可靠性，需要降低XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪的误报率。通过优化仪表内部算法，稳定测量数据，降低统计涨落，降低仪表误报率。

XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪当前剂量率值，计算方法为：

(4)

式中：N——探测器就地处理箱测量计数。

通过公式(4)可以看出，为使得监测通道测量数值稳定，零点和灵敏度为仪表固有属性，无法调整，本底值根据现场本底水平设置，不宜随意更改，故稳定监测仪就地处理箱测量数据数值是较优的调整方案。

XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪的就地处理箱每秒采集一次测量数据，但由于受放射性统计涨落的影响，当放射性水平很低时，测量数据的涨落比较大，为了使测量数据稳定，可以采用数据平滑的方式进行处理。“平滑时间常数”就是控制这种处理的一个参数，单位为s。它的含义是每次测量结果的计算，都是由平滑时间常数规定的前若干秒测量数据的平均值。如果平滑时间常数设定为10，那么尽管此时就地处理单元还是每秒更新一次数据，但所有数据都是前10 s采集数据平均值计算的，可以有效地降低统计涨落的影响。平滑时间n常数就是控制这种处理的一个参数，就是每次测量结果的计算，都由平滑时间规定的前若干秒测量数据的平均值。平滑时间常数n可在就地处理箱进行设置。在ti秒的计数值N计算方法为：

(5)

计数值N服从高斯分布，平均标准方差σ计算公式如下[6]：

(6)

若要降低计数值Ni波动，根据公式(5)，将平滑时间n调大，对应σN降低。

在平滑时间常数调整前为n1，将平滑时间常数调整大后为n2，对应的Ni平均标准方差由σ1变为σ2，根据公式(6)，若n2>n1,则σ2<σ1，平均标准方差曲线图如图5，对应大于一级报警阈值的概率减小，则误报警率降低。

图5 平均标准方差曲线图

将XH-3203Q2Ⅱ型监测仪的平滑时间从160调整为240，查询凝结水机械净化系统、凝结水离子交换处理系统通道测量曲线图见图6，误报警次数减少。

图6 监测通道测量曲线图

XH-3203Q2 Ⅱ型监测仪对凝结水机械净化系统阳离子过滤器和凝结水离子交换处理系统混床区域γ剂量率监测，每次测量结果的计算，都由平滑时间规定的前若干秒测量数据的平均值，将监测仪平滑时间常数由160调为240，测量结果由前160 s内数据的平均值变为前240 s内数据的平均值，不影响仪表报警响应。若所监测凝结水机械净化系统阳离子过滤器和凝结水离子交换处理系统混床区域γ剂量率升高，系统中介质杂质会附着在凝结水机械净化系统阳离子过滤器和凝结水离子交换处理系统混床上，探头测量计数会升高，根据公式(5)在ti秒的计数值N计算方法，计数升高，不论平滑时间常数为多少，测量结果会升高，不影响监测仪测量的准确性。