低本底α測(cè)量儀參數(shù)選用及常見故障解析

王子幫　姜麗麗　劉薇　張偉

【摘 要】本文對(duì)低本底α測(cè)量儀的工作原理和技術(shù)特色進(jìn)行了詳細(xì)描述，通過理論計(jì)算和常見問題分析，對(duì)影響樣品測(cè)量準(zhǔn)度和設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)因素進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)弱α放射性樣品測(cè)量工作具有較好的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】低本底；性能最優(yōu)化；特色電路；常見故障

0 前言

BH1217Gα輻射測(cè)量儀是一種金硅面壘型半導(dǎo)體微量α放射性測(cè)量設(shè)備，主要用于放射性工作人員的尿樣分析和其他弱α放射性樣品的測(cè)定。由于待測(cè)樣品中放射性物質(zhì)含量非常低，所以儀器不但要有極低的本底，而且還應(yīng)有較高的探測(cè)效率，同時(shí)還要有較高的靈敏度。另外，BH1217Gα輻射測(cè)量儀探測(cè)元件與監(jiān)測(cè)樣品距離很近，很容易造成儀器污染，本底升高，設(shè)備性能變差。對(duì)于劑量監(jiān)測(cè)儀表而言，要實(shí)現(xiàn)儀器的探測(cè)效率和本底均同時(shí)處于理想狀態(tài)往往是比較困難的，因?yàn)樘岣咴O(shè)備探測(cè)效率時(shí)，其本底往往也會(huì)隨之升高。因此，需要通過理論計(jì)算，選擇適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)本底和探測(cè)效率，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備性能，同時(shí)還要對(duì)樣品中是否含有放射性物質(zhì)作出準(zhǔn)確判斷。

1 儀器工作原理及其技術(shù)特色

1.1 儀器組成

BH1217G多路低本底α測(cè)量儀由主機(jī)和微機(jī)兩大部分組成，主機(jī)包括探測(cè)器、屏蔽室、反符合器和電子學(xué)線路；而電子學(xué)電路則由抗干擾交流參數(shù)穩(wěn)壓電源（簡稱抗干擾電源）、NIM低壓電源、電荷靈敏放大器、予主放大器及多路甄別成形器組成。微機(jī)部分包括計(jì)算機(jī)主機(jī)、顯示器及打印機(jī)。

1.2 工作原理

儀器核心探測(cè)元件為半導(dǎo)體金硅面壘，α粒子入射到主探測(cè)器上，在靈敏區(qū)內(nèi)產(chǎn)生電子-空穴隊(duì)，在偏壓的作用下被收集產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的電流脈沖，此脈沖經(jīng)電荷靈敏放大器積分倒相，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)前沿很陡（ns量級(jí)），后沿按RfCf（RfCf為電荷靈敏放大器內(nèi)的反饋電阻和反饋電容）指數(shù)衰減的正脈沖。此脈沖再至設(shè)有一定閾值的多路甄別成形器中，低于閾值的信號(hào)不能進(jìn)入成形器，高于閾值的信號(hào)則進(jìn)入多路甄別成形器，且輸出一個(gè)幅度為4V的方形負(fù)脈沖，而后進(jìn)入計(jì)算機(jī)被記錄下來。

1.3 技術(shù)特色

（1）為了降低探測(cè)器工作偏壓，設(shè)備選用了面積較大（Φ20mm）的金硅面壘探測(cè)元件，靈敏區(qū)面積較大，對(duì)重帶電粒子探測(cè)器的效率可達(dá)到100%，且能量線性和能量分辨率均優(yōu)[1]。另外，探測(cè)器外殼、屏蔽室及屏蔽室內(nèi)靠近探測(cè)器的元件均選用了放射性雜質(zhì)極少且接觸良好的黃銅材料。

（2）探測(cè)器靈敏區(qū)很薄，適當(dāng)提高α粒子的甄別閾值，減少電荷靈敏放大器的反饋電容Cf，可有效地記錄α粒子，而β粒子和γ射線均不會(huì)產(chǎn)生有效的本底計(jì)數(shù)。

（3）設(shè)備采用反符合技術(shù)，一些高能粒子及宇宙射線雖然穿過主探測(cè)器，但是，一旦再到達(dá)反符合探測(cè)器，電子線路依然不會(huì)有相應(yīng)的信號(hào)輸出，因而可消除這部分本底。

2 參數(shù)選定

對(duì)于劑量監(jiān)測(cè)儀表而言，儀器的效率和本底優(yōu)化往往是一個(gè)矛盾的過程，提高效率，本底也會(huì)隨之升高，因此如何選擇適當(dāng)?shù)谋镜缀托市柽M(jìn)行理論計(jì)算。另一方面，測(cè)量時(shí)間的長短也對(duì)測(cè)量精度有直接的影響，測(cè)量時(shí)間太長，實(shí)際工作量太大，時(shí)間太短，無法達(dá)到應(yīng)有的精度。

2.1 探測(cè)下限、探測(cè)效率和本底

BH1217G多路低本底α測(cè)量儀對(duì)239Puα標(biāo)準(zhǔn)源的2Л探測(cè)效率≥40%，本底≤5個(gè)（24h）。為了獲得較高的靈敏度，可在滿足參數(shù)要求情況下，調(diào)整儀器電子線路閾值等參數(shù)，得到一系列的本底和效率值，通過理論計(jì)算，選擇確定一組合適的數(shù)據(jù)，使儀器的探測(cè)下限最低。效率和本底選擇可通過以下數(shù)學(xué)表達(dá)式來確定。

Q=E2/4B （1）

Q為優(yōu)質(zhì)因子，其概念是：當(dāng)儀器的測(cè)量時(shí)間確定，在得到的一系列效率和本底值里選擇一組合適的數(shù)值，使Q值最大，即儀器的探測(cè)下限最低，靈敏度最高。E探測(cè)效率，B為測(cè)量本底。

2.2 測(cè)量時(shí)間

確定適當(dāng)?shù)臏y(cè)量時(shí)間，對(duì)于優(yōu)化儀器的工作性能是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。為此，在探測(cè)下限及誤差一定的條件下，通過以下近似計(jì)算公式，可確定BH1217G多路低本底α測(cè)量儀最佳測(cè)量時(shí)間。

Tc=1/[（nc-nb）·v2] （2）

Tc為最佳測(cè)量時(shí)間，nc為每分鐘樣品計(jì)數(shù)率，nb為本底計(jì)數(shù)率，v為所要達(dá)到的測(cè)量精度。

3 常見故障及注意事項(xiàng)

3.1 常見故障

3.1.1 本底較高，計(jì)數(shù)不穩(wěn)

主要原因：①操作樣品盤不當(dāng)，或者在屏蔽室內(nèi)樣品放置時(shí)間太長，α源有“爬”出現(xiàn)象，造成金硅面劃傷和污染。②周圍功率較大的設(shè)備或者其他一些電磁波會(huì)對(duì)儀器的本底造成不良影響。③供電電壓異常。④設(shè)備震動(dòng)、晃動(dòng)等不穩(wěn)因素。

3.1.2 沒有計(jì)數(shù)

如果儀器出現(xiàn)沒有計(jì)數(shù)現(xiàn)象，首先，要檢查電源性能是否良好。其次，要檢查電荷靈敏放大器和予主放大器是否損壞。具體方法為：使用萬用表檢查放大器前端的監(jiān)測(cè)電壓，正常情況下，電荷靈敏放大器為

-0.1v-0.2v；予主放大器為-0.7v左右，否則，則說明放大器出現(xiàn)故障。另外，必要時(shí)，也應(yīng)該對(duì)主放大器的噪聲進(jìn)行檢測(cè)，正常的噪聲帶約

-200mv左右。NIM電源損壞也會(huì)造成儀器沒有計(jì)數(shù)。

3.2 注意事項(xiàng)

3.2.1 安放環(huán)境

儀器最佳工作環(huán)境：5-30℃，濕度≤85%，需遠(yuǎn)離大型機(jī)電設(shè)備和強(qiáng)放射的工作場所內(nèi)。在潮濕季節(jié)，即使沒有樣品測(cè)量，每周應(yīng)工作定期開機(jī)，連續(xù)運(yùn)行八小時(shí)以上。儀器的AC220V電源應(yīng)保護(hù)接地，主機(jī)部分和微機(jī)部分的AC220V電源插頭均應(yīng)插在同一個(gè)接線板上，且要保證插頭牢固可靠。

3.2.2 操作注意事項(xiàng)

①不應(yīng)私自調(diào)動(dòng)和拆卸；使用時(shí)不能移動(dòng)碰撞儀器或者電源設(shè)備。②取樣盤、送樣板、放射源托盤及其他用具都要保持清潔，且應(yīng)專用。清洗時(shí)，應(yīng)使用酒精，但必須待酒精完全揮發(fā)后方可推入探測(cè)器屏蔽室。③在標(biāo)定或者測(cè)量時(shí)，樣品中如有酸或者有機(jī)溶劑，就必須灼燒干凈，且樣品盤內(nèi)物品上端面不能高出送樣板的上端面，同時(shí)要輕推輕送，否則就會(huì)污染屏蔽室，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)劃傷金硅面探測(cè)器。

3.2.3 選擇性測(cè)量

儀器不可用于強(qiáng)α放射性樣品的測(cè)量，否則極易污染探測(cè)器。標(biāo)定時(shí)，電鍍?cè)椿疃葢?yīng)在103計(jì)數(shù)/2Л·分以下，粉末源應(yīng)使用丙酮溶解固定，然后使用紅外燈烤干。與此同時(shí)，使用電鍍?cè)礃?biāo)定時(shí)，應(yīng)盡量減少標(biāo)定次數(shù)，且不能在屏蔽室內(nèi)放置時(shí)間太久，否則會(huì)因母核反沖效應(yīng)而造成污染。

4 結(jié)論

BH1217G多路低本底α測(cè)量儀作為一種有效的內(nèi)照射監(jiān)測(cè)手段，在實(shí)際工作中意義重大，因而選定適當(dāng)?shù)脑O(shè)備參數(shù)，正確操作安放和操作儀器，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，解決問題時(shí)十分必要的。本文僅從理論上提供了一些必要的技術(shù)支持，具體實(shí)施還需要相關(guān)人員長期不斷地努力，從而能夠更好地確保設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁洪林.核輻射探測(cè)器教材[M].

[2]馬恒儒，等.電離輻射計(jì)量[M].原子能出版社，2002.

[責(zé)任編輯：王楠]