核电厂取样型液态流出物监测仪检定
第40卷第3期 核电子学与探测技术 Vol.40 N〇.3 2〇20年 5月Nuclear Electronics Detection Technology May.2020
核电厂取样型液态流出物监测仪检定
连杰、吴平韬S唐智辉2
(1.福建福清核电有限公司，福建福清350318;2.中国辐射防护研究院，山西太原100840)
摘要：针对核电厂取样型液态流出物监测仪的探测器在核电厂现场无法进行检定的问题展开讨论，提供了代表点法、液体源法两种现场检定思路，并针对福清核电1~4号机组使用的流出物监测仪，给出 具体的现场检定活动开展方法和具体步骤，并对检定结果的不确定度进行了评定，为同类型流出物监测仪检定工作提供了一种思路。
关键词：核电厂；液态流出物；检定；代表点法
中图分类号：T L84 文献标志码：A
根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准KGB 18871—2002)D]和《核电厂环境辐射防护规定KGB 6249—2011)[2]的有关规定，核 电厂在运行工况下需要遵循国家规定的剂量限 值和排放量控制值。核电
厂液态流出物监测通 常采用取样测量和在线测量并用的方式，其中 取样测量用于在排放开始前对排放液体中的总 放射性活度进行定量分析，通常采用高纯绪(H P G e)y谱仪进行。在线测量通常是在排放过程中对流出物进行实时测量，并在监测到放 射性活度超过限值标准时及时隔离排放管线并 通知主控室。
对于国内已商运的核电厂，液态流出物在 线监测主要有两种测量方式：在线管外测量方 式和取样型在线测量方式[3]。本课题针对当前 核电厂液态流出物在线监测仪表无法现场检定 的现状，使用代表点法及标准液体源法对监测
收稿日期：2019—08—11
作者简介：连杰（1988—），男，河北省隆尧县人，工程 师，主要从事核电站仪控检测与应用研究。文章编号：0258 — 0934(2020)3 — 0385 —07
仪开展检定活动。使用代表点法时，需要对探测器及取样容器进行建模，并使用蒙特卡罗计算方法给出探测器代表点的位置，结合固体放射源测试，给出探测器效率计算结果。为了验 证代表点法的可行性，使用了标准液体源法对代表点法检定结果进行验证，并证明结果误差和不确定度在可接受范围。
1标准液体源法简介
标准液体源法[4]就是用已知活度浓度的标 准放射性溶液来校准仪器的方法，校准过程中 需要保证标准样品的空间范围与被测样品一致。对于取样型液态流出物监测仪，应根据现场流出物排放条件，制作与现场相同的取样罐，内盛已知活度浓度的标准溶液，用以校准现场监测仪器。该方法直观有效，溯源性好，相对简 单，可作为其他检定方法的验证方案，但需要专 门制作放射源溶液，运输、保存相对困难且活度 一般不高，需要测量时间较长。
1.1取样罐制作
根据标准液体源法的实验思路，取样罐应与监测仪的取样罐在材质和尺寸上相同，但是
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需要加装溶液注人口以及密封装置，取样罐做 好后需进行气密性实验。福清核电现场使用的 取样罐为球形底的马林杯，采用不锈钢材质制 作而成，探测器测量孔直径80. 4 m m，深度152 m m，取样罐外径200 m m。由于马林杯底部为 半球型，为保证测量稳定，特制作外部支架用于 支撑标准取样罐。罐体示意图如图1所示。
1.2放射性溶液制作
放射性溶液的选择包括核素的选择以及活 度浓度的选择，所选用的核素应满足其y射线 的能量能覆盖
液态流出物中主要核素的7射线 的能量范围，活度浓度应覆盖现场实际测量的活度浓度范围且能达到最低探测下限和报警阈 值。福清核电1〜4号机组采用的流出物在线监测仪采用N a l探测器，参考核素为137C s，根 据前期流出物实验室分析，流出物中58Co、s°Co 等核素占比较多。故本次标准液体源采用m C s液体源和6°C o液体源进行测量，并单独 制作一个无放射性的水溶液管进行本底比对工作。
2代表点法简介
电脑键盘代表点法是用点源代替液体源的一种方法[5]。其基本思想是出一个或多个代表点坐 标，探测器对这一点的探测效率与探测器对体源的探测效率是相等的。将固体点源摆放至这 一位置，通过测量探测器对点源的效率，就能得 到对相同空气条件下探测器对体源的探测效率，再通过自吸收修正就能获得准确的被测样品的探测效率。代表点的位置是通过蒙卡模拟 和计算相结合的方法来得到的，可将大量的工 作安排在非现场环境下，现场测量时只需要测量一个点，这样能大大减少现场操作时间，可以减少操作人员所受的剂量。
2.1代表点的计算过程
M C模拟确定探测器周围各点（一般各点 之间的间隔为2 c m的方阵）处的探测效率如图 2所示，获得一组探测效率曲线；再对这些点的 探测效率进行样条拟合并以内插（一般内插的 间隔为1m m)的方式得到探测器周围各点处更为精确的探测效率。
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取样罐
图2代表点法计算模拟示意图
在不考虑衰减或空气等效情况下，对每一 种能量的探测效率按样品所占的体积进行积分，进而得出不考虑衰减或空气等效情况下探测器对给定样品的每一种能量的探测效率。最 后根据样品所占的空间范围内各点的探测效率 在所考虑的所有能点处最小总体偏差原则确定 代表点位置。在代表点处，使用标准固体点源进行测量，得到无衰减情况下，探测器对给定样 品的探测效率曲线。根据样品的物质成分及密 度，由M C模拟确定每一能量点的衰减因子，并由此对探测效率曲线作衰减修正，最终得到 探测系统对某一给定放射性样品的探测效率曲线。
2.2代表点法摆点装置制作
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石红杏最后结局为了进行代表点测量.需要进行代表点装置开发，该装置应实现以下两点功能：固定探测 器和在指定
空间位置上摆放固体点状放射源。本装置采用不锈钢材料制作，主体为筒形，X 轴方向设置探测器安装槽，用于模拟马林杯取 样罐，Y轴和X轴采用双游标卡尺进行定位，定位精度为0.02 m m。摆点装置示意图如图3 所示。
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寸
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363图3代表点法摆点装置示意图
3检测实验
有关中秋的故事3.1测量仪器性能
采用XH-3120Q2型液体活度监测仪，其 探测器本体采用 2 in(l in=25. 4 m m)Nal(T l)晶体和广电倍增管组成，测量信号能量范围70 keV〜3 M eV，测量模式为全能谱总7比活度 测量。处理单元采用M—2036B型通用处理箱，配合单道放大模块进行信号放大并使用数据处理模块对测量的脉冲进行计数处理。通过与预先设置在仪器内的灵敏度（即探测效率）进 行计算，得到罐内液体的总比活度。单道放大模块的下阈值为0. 25 V，上阈值为5 V，测量脉 冲为负脉冲，放大倍数统一设置为2倍。
3.2标准液体源法现场检定
对于目前使用的探测器，最直接的检定方法即为标准液体源法，本次开展检定活动使用的标准液体源装置如表1所列。其中标准水罐与标准液体源罐采用相同材料制作，大小相同，体积同为6.032 L，用于测量无源时本底计数。
表1标准液体源检定使用的装置
装置编号核素活度体积/L标准比活度A B q/m3)备注
标准液体源1M L B-1137 C s  2. 82k B q  6. 032  4. 68X105探测器设计参考核素标准液体源2M L B-260 C o408Bq  6. 032  6. 76X104流出物常见核素标准水罐001h2o0  6. 0320本底测量
检定过程可按以下几步进行：（1)确定工作 电压坪区范围及工作点。将探测器与就地处理 箱连接正常并上电预热1h，使用活度较大的点源，靠近探测器。逐步升高探测器高压，测试 探测器工作坪区，并选择1/2坪区处高压，作为 探测器工作点。（2)使用标准水罐进行计数测量。搭建铅屏蔽，将标准水罐放入屏蔽中，将探 测器置于马林杯凹槽中。测量时间为1800 s，测量后记录本底数值。（3)使用标准液体源进行计数测量。将标准液体源放入铅屏蔽，探测 器置于液体源马林杯凹槽中，测量时间为1800 s，测量后记录带源总计数，计算探测器效率。
3.3代表点法现场检定
3.3. 1计算代表点位置
对现场探测去使用环境进行M C N P建模，计算出相应的代表点位置，代表点计算的步骤按以下顺序进行：（1)使用M C N P对取样罐、探
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测器的几个基准面和栅元进行分解建模，进行 可视化转换后如图4所示。（2)使用均匀液体 源模拟输人M C N P 文件，测得探测器的液体源 效率；（3)使用固体点源（137C s )代替液体源写 入M C N P 输入文件中，并将点源置于不同的栅 格面中（1 c m 为单元）；（4)批处理多个栅格面 的计算，得到不同位置点源的效率值，选择与液 体源效率最接近的一个位置，作为代表点位置。
问道八仙梦境攻略3.3.2电压一计数、电压一能量曲线测试
利用已知能量的放射源，对探测器的“下阈 电压一计数”关系进行测试。在福清核电现场 应用时，选用了137C s 和6°C o 两种放射性点源进 行测试，测试结果如图5、图6所示。通过不断 调整下阈值可以测定下阈值与能量的关系曲 线，为后续计算全能峰计数作准备。
图4取样容器和探测器晶体建模结果
图5 电压一计数测S u 7c s 点源测试结果
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图6电压一计数测试6°C o 点源测试结果
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3.3.3电压一能量曲线拟合 对应关系曲线+如图7所示，其中
使用137C s和6°C o测试到的U l，n l)，（t/2，为常数。
n2)两个点，可以得到测试仪表的电压一能量
图7电压一能量拟合曲线
3.3.4能量一效率曲线拟合 能峰的效率值，通过三次高斯拟合，得到能量效
通过测试152E u、6°C〇、137C s核素的6个全 率曲线，如图8所示。图中X轴单位为M eV。
3.3.5流出物核素分布数据处理
将现场的化学取样分析数据进行整理，得 到典型流出物核素分布关系表；根据2018年度 的某次排放测量数值，可以得到排出流中的核素分布如表2所列。
表2模拟用流出物核素分布表
核素7射线能量/k e V含童A B q.n T3)占比/%iphone 12mini
58C o511,811  2. 11X10451.5
60C o1173,1332  1. 43X10434. 9
54M n835  5. 6X10313. 63.3.6综合测量效率计算
将各能量的占比进行加权求和，得到该探测器在全谱能量中的综合效率并写入仪表。灵 敏度按公式（1)计算：
tr= r/ • e • V • \(1)式中山为灵敏度；T)为各7射线的探测效率^为各7射线的分支比;V为取样罐体积a 为各7射线的占比。
3.3.7综合效率现场写人
综合以上计算结果，得到最终的综合效率
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