低本底α測量儀參數選用及常見故障解析

王子幫　姜麗麗　劉薇　張偉

【摘 要】本文對低本底α測量儀的工作原理和技術特色進行了詳細描述，通過理論計算和常見問題分析，對影響樣品測量準度和設備穩定運行的各項因素進行計算分析，對弱α放射性樣品測量工作具有較好的指導意義。

【關鍵詞】低本底；性能最優化；特色電路；常見故障

0 前言

BH1217Gα輻射測量儀是一種金硅面壘型半導體微量α放射性測量設備，主要用于放射性工作人員的尿樣分析和其他弱α放射性樣品的測定。由于待測樣品中放射性物質含量非常低，所以儀器不但要有極低的本底，而且還應有較高的探測效率，同時還要有較高的靈敏度。另外，BH1217Gα輻射測量儀探測元件與監測樣品距離很近，很容易造成儀器污染，本底升高，設備性能變差。對于劑量監測儀表而言，要實現儀器的探測效率和本底均同時處于理想狀態往往是比較困難的，因為提高設備探測效率時，其本底往往也會隨之升高。因此，需要通過理論計算，選擇適當的系統本底和探測效率，進一步優化設備性能，同時還要對樣品中是否含有放射性物質作出準確判斷。

1 儀器工作原理及其技術特色

1.1 儀器組成

BH1217G多路低本底α測量儀由主機和微機兩大部分組成，主機包括探測器、屏蔽室、反符合器和電子學線路；而電子學電路則由抗干擾交流參數穩壓電源（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。微機部分包括計算機主機、顯示器及打印機。

1.2 工作原理

儀器核心探測元件為半導體金硅面壘，α粒子入射到主探測器上，在靈敏區內產生電子-空穴隊，在偏壓的作用下被收集產生一個負的電流脈沖，此脈沖經電荷靈敏放大器積分倒相，在輸出端產生一個前沿很陡（ns量級），后沿按RfCf（RfCf為電荷靈敏放大器內的反饋電阻和反饋電容）指數衰減的正脈沖。此脈沖再至設有一定閾值的多路甄別成形器中，低于閾值的信號不能進入成形器，高于閾值的信號則進入多路甄別成形器，且輸出一個幅度為4V的方形負脈沖，而后進入計算機被記錄下來。

1.3 技術特色

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

（2）探測器靈敏區很薄，適當提高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射線均不會產生有效的本底計數。

（3）設備采用反符合技術，一些高能粒子及宇宙射線雖然穿過主探測器，但是，一旦再到達反符合探測器，電子線路依然不會有相應的信號輸出，因而可消除這部分本底。

2 參數選定

對于劑量監測儀表而言，儀器的效率和本底優化往往是一個矛盾的過程，提高效率，本底也會隨之升高，因此如何選擇適當的本底和效率需進行理論計算。另一方面，測量時間的長短也對測量精度有直接的影響，測量時間太長，實際工作量太大，時間太短，無法達到應有的精度。

2.1 探測下限、探測效率和本底

BH1217G多路低本底α測量儀對239Puα標準源的2Л探測效率≥40%，本底≤5個（24h）。為了獲得較高的靈敏度，可在滿足參數要求情況下，調整儀器電子線路閾值等參數，得到一系列的本底和效率值，通過理論計算，選擇確定一組合適的數據，使儀器的探測下限最低。效率和本底選擇可通過以下數學表達式來確定。

Q=E2/4B （1）

Q為優質因子，其概念是：當儀器的測量時間確定，在得到的一系列效率和本底值里選擇一組合適的數值，使Q值最大，即儀器的探測下限最低，靈敏度最高。E探測效率，B為測量本底。

2.2 測量時間

確定適當的測量時間，對于優化儀器的工作性能是一個必不可少的環節。為此，在探測下限及誤差一定的條件下，通過以下近似計算公式，可確定BH1217G多路低本底α測量儀最佳測量時間。

Tc=1/[（nc-nb）·v2] （2）

Tc為最佳測量時間，nc為每分鐘樣品計數率，nb為本底計數率，v為所要達到的測量精度。

3 常見故障及注意事項

3.1 常見故障

3.1.1 本底較高，計數不穩

主要原因：①操作樣品盤不當，或者在屏蔽室內樣品放置時間太長，α源有“爬”出現象，造成金硅面劃傷和污染。②周圍功率較大的設備或者其他一些電磁波會對儀器的本底造成不良影響。③供電電壓異常。④設備震動、晃動等不穩因素。

3.1.2 沒有計數

如果儀器出現沒有計數現象，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測電壓，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，則說明放大器出現故障。另外，必要時，也應該對主放大器的噪聲進行檢測，正常的噪聲帶約

-200mv左右。NIM電源損壞也會造成儀器沒有計數。

3.2 注意事項

3.2.1 安放環境

儀器最佳工作環境：5-30℃，濕度≤85%，需遠離大型機電設備和強放射的工作場所內。在潮濕季節，即使沒有樣品測量，每周應工作定期開機，連續運行八小時以上。儀器的AC220V電源應保護接地，主機部分和微機部分的AC220V電源插頭均應插在同一個接線板上，且要保證插頭牢固可靠。

3.2.2 操作注意事項

①不應私自調動和拆卸；使用時不能移動碰撞儀器或者電源設備。②取樣盤、送樣板、放射源托盤及其他用具都要保持清潔，且應專用。清洗時，應使用酒精，但必須待酒精完全揮發后方可推入探測器屏蔽室。③在標定或者測量時，樣品中如有酸或者有機溶劑，就必須灼燒干凈，且樣品盤內物品上端面不能高出送樣板的上端面，同時要輕推輕送，否則就會污染屏蔽室，嚴重時更會劃傷金硅面探測器。

3.2.3 選擇性測量

儀器不可用于強α放射性樣品的測量，否則極易污染探測器。標定時，電鍍源活度應在103計數/2Л·分以下，粉末源應使用丙酮溶解固定，然后使用紅外燈烤干。與此同時，使用電鍍源標定時，應盡量減少標定次數，且不能在屏蔽室內放置時間太久，否則會因母核反沖效應而造成污染。

4 結論

BH1217G多路低本底α測量儀作為一種有效的內照射監測手段，在實際工作中意義重大，因而選定適當的設備參數，正確操作安放和操作儀器，能夠及時發現故障，解決問題時十分必要的。本文僅從理論上提供了一些必要的技術支持，具體實施還需要相關人員長期不斷地努力，從而能夠更好地確保設備的穩定可靠運行。

【參考文獻】

[1]丁洪林.核輻射探測器教材[M].

[2]馬恒儒，等.電離輻射計量[M].原子能出版社，2002.

[責任編輯：王楠]