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(jī)凝結(jié)水的水質(zhì)和防止設(shè)備腐蝕結(jié)垢，在二回路中設(shè)置了凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床，用以去除凝結(jié)水中的懸浮雜質(zhì)和離子性雜質(zhì)[1]。

當(dāng)蒸汽發(fā)生器換熱管破損時，放射性物質(zhì)將會進(jìn)入加熱蒸汽，聚集在凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床，造成凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床γ劑量率升高。為了連續(xù)監(jiān)測γ劑量率，輔助判定蒸汽發(fā)生器換熱管是否發(fā)生破損，在汽輪機(jī)凝結(jié)水凈化凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床區(qū)域設(shè)置γ劑量率監(jiān)測儀[2]。同一核電站監(jiān)測同一系統(tǒng)，不同機(jī)組有XH-3203Q2 Ⅱ、GIM204兩種儀表類型。

1 監(jiān)測儀運(yùn)行情況說明

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀投運(yùn)后，2018年多次發(fā)生誤報警，一個月報警最多達(dá)35次，而GIM204型監(jiān)測儀2018年僅出現(xiàn)1次誤報警。對輻射監(jiān)測通道2018年誤報警次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，如圖1所示。

圖1 凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)監(jiān)測通道2018年誤報警統(tǒng)計

輻射監(jiān)測通道報警后，輻射防護(hù)人員對通道周圍輻射水平進(jìn)行測量為本底水平，報警期間冗余通道的監(jiān)測數(shù)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(zhuǎn)運(yùn)工作，判定通道為誤報警。凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)輻射監(jiān)測通道所在區(qū)域溫濕度，滿足設(shè)計要求。現(xiàn)場核實(shí)通道誤報警期間，通道附近無焊接等作業(yè)。

從GIM204、XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀自身結(jié)構(gòu)及性能等方面，開展了XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀誤報率高的分析研究。

2 監(jiān)測儀的工作原理及誤報率高的原因

2.1 儀表參數(shù)性能比較

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

表1 儀表參數(shù)性能

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

2.2 XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測儀誤報率高的原因

GIM204型監(jiān)測儀由半導(dǎo)體探測器、就地處理單元、接線箱組成，如圖2。半導(dǎo)體探測器在工作時加上反向電壓，半導(dǎo)體材料中電離產(chǎn)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(yùn)動，并被電極收集，從而產(chǎn)生脈沖信號[3]。脈沖信號經(jīng)放大器放大后送入就地處理單元中，就地處理單元按照預(yù)定的計算方法，將電信號轉(zhuǎn)換為γ劑量率。

圖 2 GIM204型監(jiān)測儀實(shí)物圖

XH-3203Q2Ⅱ型監(jiān)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(yùn)動，運(yùn)動過程中，電離室輸出回路形成電流信號。電流經(jīng)放大器放大后直接轉(zhuǎn)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(jìn)行電壓/頻率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后確定當(dāng)前劑量點(diǎn)的γ劑量率[4]。

圖3 XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測儀實(shí)物圖

電離輻射在半導(dǎo)體介質(zhì)中產(chǎn)生一對電子-空穴對平均所需能量為在氣體中產(chǎn)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(dǎo)體中產(chǎn)生的電子-空穴對數(shù)量要比在氣體中產(chǎn)生的離子對多約一個量級，對應(yīng)GIM204型監(jiān)測儀比XH-3120Q2Ⅱ型監(jiān)測儀探測下限低一個數(shù)量級。

(1)

(2)

本底環(huán)境下測量區(qū)間為N±σN，相對標(biāo)準(zhǔn)誤差νN是[5]

(3)

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

圖4 標(biāo)準(zhǔn)誤差分布曲線圖

從公式(3)可以看出，可以增加XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀測量計數(shù)，降低相對標(biāo)準(zhǔn)誤差，降低誤報率。本底環(huán)境下，測量計數(shù)在本地值附近漲落，增大測量值無法實(shí)施?？梢詢?yōu)化XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀內(nèi)部算法，降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀降低測量值偏差，降低誤報率。

3 降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀誤報率的方法

為了保證二回路輻射水平監(jiān)測的可靠性，需要降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀的誤報率。通過優(yōu)化儀表內(nèi)部算法，穩(wěn)定測量數(shù)據(jù)，降低統(tǒng)計漲落，降低儀表誤報率。

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀當(dāng)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(shù)。

通過公式(4)可以看出，為使得監(jiān)測通道測量數(shù)值穩(wěn)定，零點(diǎn)和靈敏度為儀表固有屬性，無法調(diào)整，本底值根據(jù)現(xiàn)場本底水平設(shè)置，不宜隨意更改，故穩(wěn)定監(jiān)測儀就地處理箱測量數(shù)據(jù)數(shù)值是較優(yōu)的調(diào)整方案。

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀的就地處理箱每秒采集一次測量數(shù)據(jù)，但由于受放射性統(tǒng)計漲落的影響，當(dāng)放射性水平很低時，測量數(shù)據(jù)的漲落比較大，為了使測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定，可以采用數(shù)據(jù)平滑的方式進(jìn)行處理。“平滑時間常數(shù)”就是控制這種處理的一個參數(shù)，單位為s。它的含義是每次測量結(jié)果的計算，都是由平滑時間常數(shù)規(guī)定的前若干秒測量數(shù)據(jù)的平均值。如果平滑時間常數(shù)設(shè)定為10，那么盡管此時就地處理單元還是每秒更新一次數(shù)據(jù)，但所有數(shù)據(jù)都是前10 s采集數(shù)據(jù)平均值計算的，可以有效地降低統(tǒng)計漲落的影響。平滑時間n常數(shù)就是控制這種處理的一個參數(shù)，就是每次測量結(jié)果的計算，都由平滑時間規(guī)定的前若干秒測量數(shù)據(jù)的平均值。平滑時間常數(shù)n可在就地處理箱進(jìn)行設(shè)置。在ti秒的計數(shù)值N計算方法為：

(5)

計數(shù)值N服從高斯分布，平均標(biāo)準(zhǔn)方差σ計算公式如下[6]：

(6)

若要降低計數(shù)值Ni波動，根據(jù)公式(5)，將平滑時間n調(diào)大，對應(yīng)σN降低。

在平滑時間常數(shù)調(diào)整前為n1，將平滑時間常數(shù)調(diào)整大后為n2，對應(yīng)的Ni平均標(biāo)準(zhǔn)方差由σ1變?yōu)棣?，根據(jù)公式(6)，若n2>n1,則σ2<σ1，平均標(biāo)準(zhǔn)方差曲線圖如圖5，對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)方差曲線圖

將XH-3203Q2Ⅱ型監(jiān)測儀的平滑時間從160調(diào)整為240，查詢凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)通道測量曲線圖見圖6，誤報警次數(shù)減少。

圖6 監(jiān)測通道測量曲線圖

XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)測儀對凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床區(qū)域γ劑量率監(jiān)測，每次測量結(jié)果的計算，都由平滑時間規(guī)定的前若干秒測量數(shù)據(jù)的平均值，將監(jiān)測儀平滑時間常數(shù)由160調(diào)為240，測量結(jié)果由前160 s內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值變?yōu)榍?40 s內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值，不影響儀表報警響應(yīng)。若所監(jiān)測凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床區(qū)域γ劑量率升高，系統(tǒng)中介質(zhì)雜質(zhì)會附著在凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)陽離子過濾器和凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)混床上，探頭測量計數(shù)會升高，根據(jù)公式(5)在ti秒的計數(shù)值N計算方法，計數(shù)升高，不論平滑時間常數(shù)為多少，測量結(jié)果會升高，不影響監(jiān)測儀測量的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

通過本文的分析，可以說明如下問題：

1)凝結(jié)水機(jī)械凈化系統(tǒng)、凝結(jié)水離子交換處理系統(tǒng)輻射監(jiān)測儀表探測下限與一級報警閾值相近，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)波動大，易引起儀表誤報警；

2)通過調(diào)整平滑時間，優(yōu)化了測量數(shù)據(jù)，降低了儀表的誤報率，有助于二回路輻射水平的真實(shí)判斷。

通過調(diào)節(jié)平滑時間，降低了儀表誤報率，不影響監(jiān)測儀測量的準(zhǔn)確性。開展降低XH-3203Q2 Ⅱ型監(jiān)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(yōu)化方法，提高儀表穩(wěn)定性。