LB770低本底α/β计数器本底高原因分析及控制优化

王帅彬

摘 要

LB770低本底α/β计数器定期标定维护，在进行本底测量时发现1/2/6道本底偏大，最大的通道达到几百cpm，远远超出期望限值1cpm标准，仪器已经不能正常使用。本论文通过系列排查、实验、论证，最终找出故障的根本原因，成功排除故障。并针对海盐地区夏季空气湿度大的特点，提出了控制优化措施，以确保LB770夏季稳定运行，避免此类问题的再次发生。

关键词

LB770;本底偏高;湿度;优化控制

中图分类号： TL817.2;R144                   文献标识码： 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

压水堆核电厂，测量反应堆冷却剂中总α，以补充134I、固体裂变产生（140La、140Ba等）或239NP的测量，以确定是否存在燃料扩散的情况。在反应堆正常功率运行期间，如果没有燃料包壳破损，反应堆冷却剂中总α活度的期望值应小于0.01MBq/t，接近仪器探测限。通过对反应堆冷却剂中总β活度的测量，可以了解一回路的污染情况，以验证各种放射性测量的一致性。

LB770低本底α/β测定仪适用于对放射性样品的总α、β测量，它具有探头多、界面良好、可操作性强等特点。该仪器主要由10个流气式正比计数管、一个屏蔽计数管、前置放大器LB2025、铅室气体环路及计算机工作站等构成。工作气体使用氩保气（90%的氩和10%的CO2组成的混合气体），气流通过所有的计数管后，排出至户外。

依据《工器具维护保养》规程，每半年需要使用241Am和90Sr标准平面源分别对仪器测量总α和总β效率进行标定，对标定后的性能进行检测，以确保仪器处于最佳工作状态。2014年的一次定期標定维护中，在进行本底测量时发现1/2/6道的本底偏大，最大的通道已经达到几百cpm，远远超出期望限值1cpm标准，且测量的换料水箱样品总β仅为几个cpm的量级，仪器已经不能正常使用。

1 故障原因分析与判断

1.1 通过载气流量判断聚酯薄膜情况

根据LB770仪器使用说明书中对载气流量的描述，流量不要大于100cm3/min，否则会损坏探头（膜）。具体表现为探头表侧的聚酯薄膜会被冲破，进而导致本底偏大、探测效率降低等故障。AM实验室使用的LB770仪器，载气流量设置为50cm3/min，通过仪器的载气进出口流量计判断进出口流量基本一致，都保持在50cm3/min左右，结合以往聚酯薄膜破裂时，载气出口流量会突降的情况，初步判断聚酯薄膜完好，可排除仪器本底偏高是由探头表侧的聚酯薄膜破裂引起。

1.2 对盛放样品的拖盘进行去污

考虑到仪器测量的反应堆冷却剂系统样品总β活度达到3000MBq/t这样的量级，且本底偏高的通道也是主要用来测量高放射性样品，因此对仪器拖盘进行了放射性去污。使用镊子夹取蘸有无水乙醇的脱脂棉，对10个拖盘及盘内的玻璃盘依次进行擦拭去污，重复上述步骤，共进行了3次去污。去污后对本底再次进行了测量，发现去污后，通道1的本底并没有出现明显下降，维持在均值16cpm的水平，通道2出现明显下降，从均值1150cpm下降到均值321cpm，由此可见，放射性去污对本底特别高的通道2有作用，作用机理并不明确，可能是去污操作达到了去污效果，也可能是外界温度、湿度及去污对探头影响导致，但去污并不能从根本上解决本底高的问题。

1.3 对本底高拖盘与本底正常拖盘进行位置互换

通过对拖盘去污，并没有彻底解决本底偏高问题。存在这样一种假设，即本底偏高确实由放射性玷污引起，去污能起到一定效果，但并不能完全去除。因此通过对本底高拖盘与本底正常拖盘进行位置互换，然后分析测量数据，即可明确本底偏高是不是由于拖盘放射性玷污引起。对通道1拖盘与通道3拖盘，通道2拖盘与通道4拖盘分别进行了互换，通过图2的分析数据，可以看出通道1，2依然偏高，且数值与互换前基本一致，通道3，4依然维持了之前的小于1cpm水平，与互换前也基本一致，通过拖盘互换，彻底排除了本底偏高是由拖盘放射性玷污引起的假设。

1.4 提高仪器载气流量

根据仪器的测量原理，提高载气流量并不能提高探头的探测效率。载气的作用：样品射线沿其径迹使载气电离，大量电子加速向阳极运动，离阳极越近电子获得的能量越高，直到电离产生新的离子对，为仪器的分析测量提供必要条件。提高载气流量，只能为本底偏高原因提供一个充分非必要条件，即可定性判断载气流量对仪器目前状况下的本底测量是否有影响，再通过其他角度的原因分析来佐证这种影响的一致性。现将载气流量由50cm3/min提高到60cm3/min，通过图3提高流量后的数据可以看出，提高载气流量，本底明显降低，而在仪器正常工况下，提高载气流量，本底计数并不会出现明显变化，说明仪器本底高的真实原因与载气流量存在某种关联。

1.5 提高仪器探头高压

2010年底LB770的探头由于使用寿命已到，老化损坏，更换了新的整体探头，根据新探头的验收证书，推荐探头高压为1650V。在此基础上通过以50V为单位来提高探头高压，通过提高高压后的测量数据，来分析研究探头高压与本底偏高的内在联系。通过图4可以看出提高探头高压后，本底最高的通道2数据明显降低，根据仪器坪曲线的趋势图，正常工况下在推荐探头高压处再增加高压，计数率仅略随电压增大，即正常工况下，通过增加探头高压，本底计数并不会出现明显变化，说明仪器本底高的真实原因与探头高压存在某种内在关联。

1.6 坪曲线的测量

坪曲线是衡量仪器性能的一个重要标志。其定义为：在强度不变的放射源照射下，测量计数率随工作电压的变化。曲线的特点是当工作电压超过起始电压时，计数率由零迅速增大;工作电压继续升高时，计数率仅略随电压增大，并有一个明显的坪存在，工作电压再继续升高，计数率又急剧增大，这是因为计数管失去猝熄作用，形成連续放电。探头损坏也会导致本底偏高，考虑到此探头刚更换三年时间，再次损坏的可能性很低，通过坪曲线测量也可以验证探头性能是否正常，进而推断出本底偏高是否由探头损坏引起。由图5和图6的坪曲线测量趋势图，可以判断出仪器探头没有损坏。

1.7 综合分析

通过上述系列排查、实验、论证，可以得出本底偏高不是由探头损坏、聚脂薄膜破裂及拖盘玷污引起。通过提高载气流量和提高探头高压，都可以看出本底明显降低，证明本底偏高与载气流量、探头高压存在某种内在关联。结合仪器的结构组成图7和图8，可以看出提高载气流量和提高探头高压均可减小探测器金属阳极丝及周围的湿度，可初步判断本底偏高是由环境湿度大引起。

2 故障排除

移出铅砖，把仪器解体，在不拆解聚酯薄膜前提下，使用型号Panasonic EH-NE32，功率1600W的电吹风，制热挡位调到最低档，通风挡也调到最低档，电吹风距离聚酯薄膜约为25cm，在聚酯薄膜表面进行了均匀、轻微的加热，然后对前置放大器与10个计数管、一个屏蔽计数管连接处，也用上述方法进行了加热吹扫，在完成上述操作后，对LB770进行了重新组装，然后打开仪器，调节载气流量到50cm3/min，待仪器稳定后，再次进行了本底测量。通过图9的数据，可以看出此时的本底已经完全正常，故障排除。

3 对策及控制优化

3.1 对策及控制优化一：增加除湿机

实验室使用的通风为厂房集中通风系统提供，该通风在单个房间不具备良好的调节性，尤其是海盐地区紧靠杭州湾，夏季环境湿度大，通风的湿度在夏季也就相对大。

在实验室内增加除湿机，设置除湿机的湿度目标值为40%，通过除湿机的连续运行，能维持该房间的湿度在一个仪器正常工作的合理范围（仪器工作温度要求20℃～25℃，湿度<70%）。

3.2 对策及控制优化二：提高仪器使用频率

该实验室有两台同型号的LB770低本底α/β计数器，在相同的实验室环境下，另一台LB770并没有出现本底偏高的故障，最显著区别是未出现故障LB770使用频率较高，每周至少使用一次;出现故障的这台LB770使用频率很低，每月仅使用一次。可见提高仪器使用频率，使仪器经常保持在使用状态，可有效避免发生本底高故障。

3.3 对策及控制优化三：增加仪器密封性，保证载气质量

仪器密封性差，环境中较大的湿度就会对仪器产生影响;工作使用的氩保气（90%氩气+10%二氧化碳）如果质量差，载气本身湿度大也会对仪器本底和测量产生影响。

在日常使用及定期维护时，关注仪器的密封性，如检查进出口流量计连接软管是否存在泄露，更换聚酯薄膜时，四周的固定螺丝钉完全紧固。载气使用有资质厂家生产的合格气瓶。

4 结论

对LB770低本底α/β计数器本底高原因进行分析，并根据分析结果最终排除了故障。导致LB770仪器本底高的根本原因为实验室环境湿度大，间接原因为仪器使用频率低。可通过增加除湿机、提高仪器使用频率、提高仪器密封性、保证载气质量等控制优化手段来保障仪器的正常使用。

参考文献

[1]姚雪鸿.化学与放射化学的技术规范.2009：60-61.

[2]王佳思.低本底α/β测量仪维护.2012：4-6.

[3]BERTHOLD TECHNOLOGIES. LB770 Win-PC.