低本底α测量仪参数选用及常见故障解析

王子帮　姜丽丽　刘薇　张伟

【摘 要】本文对低本底α测量仪的工作原理和技术特色进行了详细描述，通过理论计算和常见问题分析，对影响样品测量准度和设备稳定运行的各项因素进行计算分析，对弱α放射性样品测量工作具有较好的指导意义。

【关键词】低本底；性能最优化；特色电路；常见故障

0 前言

BH1217Gα辐射测量仪是一种金硅面垒型半导体微量α放射性测量设备，主要用于放射性工作人员的尿样分析和其他弱α放射性样品的测定。由于待测样品中放射性物质含量非常低，所以仪器不但要有极低的本底，而且还应有较高的探测效率，同时还要有较高的灵敏度。另外，BH1217Gα辐射测量仪探测元件与监测样品距离很近，很容易造成仪器污染，本底升高，设备性能变差。对于剂量监测仪表而言，要实现仪器的探测效率和本底均同时处于理想状态往往是比较困难的，因为提高设备探测效率时，其本底往往也会随之升高。因此，需要通过理论计算，选择适当的系统本底和探测效率，进一步优化设备性能，同时还要对样品中是否含有放射性物质作出准确判断。

1 仪器工作原理及其技术特色

1.1 仪器组成

BH1217G多路低本底α测量仪由主机和微机两大部分组成，主机包括探测器、屏蔽室、反符合器和电子学线路；而电子学电路则由抗干扰交流参数稳压电源（简称抗干扰电源）、NIM低压电源、电荷灵敏放大器、予主放大器及多路甄别成形器组成。微机部分包括计算机主机、显示器及打印机。

1.2 工作原理

仪器核心探测元件为半导体金硅面垒，α粒子入射到主探测器上，在灵敏区内产生电子-空穴队，在偏压的作用下被收集产生一个负的电流脉冲，此脉冲经电荷灵敏放大器积分倒相，在输出端产生一个前沿很陡（ns量级），后沿按RfCf（RfCf为电荷灵敏放大器内的反馈电阻和反馈电容）指数衰减的正脉冲。此脉冲再至设有一定阈值的多路甄别成形器中，低于阈值的信号不能进入成形器，高于阈值的信号则进入多路甄别成形器，且输出一个幅度为4V的方形负脉冲，而后进入计算机被记录下来。

1.3 技术特色

（1）为了降低探测器工作偏压，设备选用了面积较大（Φ20mm）的金硅面垒探测元件，灵敏区面积较大，对重带电粒子探测器的效率可达到100%，且能量线性和能量分辨率均优[1]。另外，探测器外壳、屏蔽室及屏蔽室内靠近探测器的元件均选用了放射性杂质极少且接触良好的黄铜材料。

（2）探测器灵敏区很薄，适当提高α粒子的甄别阈值，减少电荷灵敏放大器的反馈电容Cf，可有效地记录α粒子，而β粒子和γ射线均不会产生有效的本底计数。

（3）设备采用反符合技术，一些高能粒子及宇宙射线虽然穿过主探测器，但是，一旦再到达反符合探测器，电子线路依然不会有相应的信号输出，因而可消除这部分本底。

2 参数选定

对于剂量监测仪表而言，仪器的效率和本底优化往往是一个矛盾的过程，提高效率，本底也会随之升高，因此如何选择适当的本底和效率需进行理论计算。另一方面，测量时间的长短也对测量精度有直接的影响，测量时间太长，实际工作量太大，时间太短，无法达到应有的精度。

2.1 探测下限、探测效率和本底

BH1217G多路低本底α测量仪对239Puα标准源的2Л探测效率≥40%，本底≤5个（24h）。为了获得较高的灵敏度，可在满足参数要求情况下，调整仪器电子线路阈值等参数，得到一系列的本底和效率值，通过理论计算，选择确定一组合适的数据，使仪器的探测下限最低。效率和本底选择可通过以下数学表达式来确定。

Q=E2/4B （1）

Q为优质因子，其概念是：当仪器的测量时间确定，在得到的一系列效率和本底值里选择一组合适的数值，使Q值最大，即仪器的探测下限最低，灵敏度最高。E探测效率，B为测量本底。

2.2 测量时间

确定适当的测量时间，对于优化仪器的工作性能是一个必不可少的环节。为此，在探测下限及误差一定的条件下，通过以下近似计算公式，可确定BH1217G多路低本底α测量仪最佳测量时间。

Tc=1/[（nc-nb）·v2] （2）

Tc为最佳测量时间，nc为每分钟样品计数率，nb为本底计数率，v为所要达到的测量精度。

3 常见故障及注意事项

3.1 常见故障

3.1.1 本底较高，计数不稳

主要原因：①操作样品盘不当，或者在屏蔽室内样品放置时间太长，α源有“爬”出现象，造成金硅面划伤和污染。②周围功率较大的设备或者其他一些电磁波会对仪器的本底造成不良影响。③供电电压异常。④设备震动、晃动等不稳因素。

3.1.2 没有计数

如果仪器出现没有计数现象，首先，要检查电源性能是否良好。其次，要检查电荷灵敏放大器和予主放大器是否损坏。具体方法为：使用万用表检查放大器前端的监测电压，正常情况下，电荷灵敏放大器为

-0.1v-0.2v；予主放大器为-0.7v左右，否则，则说明放大器出现故障。另外，必要时，也应该对主放大器的噪声进行检测，正常的噪声带约

-200mv左右。NIM电源损坏也会造成仪器没有计数。

3.2 注意事项

3.2.1 安放环境

仪器最佳工作环境：5-30℃，湿度≤85%，需远离大型机电设备和强放射的工作场所内。在潮湿季节，即使没有样品测量，每周应工作定期开机，连续运行八小时以上。仪器的AC220V电源应保护接地，主机部分和微机部分的AC220V电源插头均应插在同一个接线板上，且要保证插头牢固可靠。

3.2.2 操作注意事项

①不应私自调动和拆卸；使用时不能移动碰撞仪器或者电源设备。②取样盘、送样板、放射源托盘及其他用具都要保持清洁，且应专用。清洗时，应使用酒精，但必须待酒精完全挥发后方可推入探测器屏蔽室。③在标定或者测量时，样品中如有酸或者有机溶剂，就必须灼烧干净，且样品盘内物品上端面不能高出送样板的上端面，同时要轻推轻送，否则就会污染屏蔽室，严重时更会划伤金硅面探测器。

3.2.3 选择性测量

仪器不可用于强α放射性样品的测量，否则极易污染探测器。标定时，电镀源活度应在103计数/2Л·分以下，粉末源应使用丙酮溶解固定，然后使用红外灯烤干。与此同时，使用电镀源标定时，应尽量减少标定次数，且不能在屏蔽室内放置时间太久，否则会因母核反冲效应而造成污染。

4 结论

BH1217G多路低本底α测量仪作为一种有效的内照射监测手段，在实际工作中意义重大，因而选定适当的设备参数，正确操作安放和操作仪器，能够及时发现故障，解决问题时十分必要的。本文仅从理论上提供了一些必要的技术支持，具体实施还需要相关人员长期不断地努力，从而能够更好地确保设备的稳定可靠运行。

【参考文献】

[1]丁洪林.核辐射探测器教材[M].

[2]马恒儒，等.电离辐射计量[M].原子能出版社，2002.

[责任编辑：王楠]