α、β表面发射率标准装置的优化设计

常钟泽+洪永侠+高艳艳

摘要：结合α、β平面源检定发展要求，本工作采用最新测量技术对α、β表面发射率标准装置进行了改造，包括探测器结构优化设计、二次仪表更新、数据采集与处理系统软件重新编制等，并对改造后装置各项性能进行了测试。结果表明，改造后装置的技术性能明显优于改造前。

关键词：α、β表面发射率；2π多丝正比计数器；标准装置

1、概述

α、β表面发射率标准装置主要用于测量大面积α或β平面源的表面发射率，主标准器为2π多丝正比计数器，该类计数器于上世纪六十年代发展起来，具有空间和时间分辨率好、探测效率高、面积大、可在强磁场中工作等优点。

本实验室的α、β表面发射率标准装置于上世纪八十年代投入使用，受当时技术条件限制，存在密封性能差、本底高等缺点；且老化严重，“5.12”地震后瘫痪，无法进行量值传递。

为使该标准装置尽早恢复，并满足α、β平面源检定的发展需求及JJG478-96《α、β和γ表面污染仪检定规程》和JJG（核工）011-91《用2π多丝正比计数器测定α、β平面源发射率》等要求，采用最新测量技术优化了探测器设计、二次仪表换代及完善六路计数系统，并测试了改造后的各项性能。

2、装置组成与工作原理

2.1装置组成

α、β表面发射率标准装置由2π多丝正比计数器、二次仪表、数据处理系统、239Pu系列平面源、90Sr-90Y系列平面源组成。其中二次仪表组件包括前置放大器、主放大器、单道分析器、门产生器、六路计数器、插件电源、高、低压电源等。

2.2 工作原理

阳极丝是由平行、等距离的金属丝组成，固定在绝缘框架上，并安装在两阴极平面之间。腔内通以工作气体（高纯甲烷），两侧有进、出气口。工作时阳极丝和阴极之间加直流高压，平面源发射的α或β带电粒子使腔内工作气体电离，产生正离子和电子，电子在电场中加速产生次级电子、最后形成雪崩放电，形成脉冲，经放大后由二次仪表记录，最终得到其表面发射率。

3、改造内容

3.1探测器

针对探测器原设计有密封性、导电性差的缺点，且原托盘较粗糙，重新设计并改造了探测器

3.2二次仪表

原二次插件老化严重，无法也无必要维修。本次选用ORTEC公司最新的标准插件：前置放大器型号为142IH，主放大器型号为575A，单道分析器型号为552。

3.3数据处理系统

随着测量技术的发展，原数据采集与处理系统的不足突显，如测量数据不能清除、定时失效、测量数据容易丢失等。为此，本次更换了六路计数器并重新编制了软件程序。

4、装置性能测试

4.1坪曲线

坪曲线是衡量计数管性能的重要标志。其主要参数有坪斜和坪长等。一般，坪长越长、坪斜越小，则探测器性能越好。

本次用编号为06-010、活性区面积为140cm2的β平面源测定坪特性。坪曲线坪长达到400V，优于改造前的300V；坪斜为0.5%/100V，优于改造前的1%/100V。

4.2 仪器本底

放射性测量装置均有本底计数，直接测量下限能力，测量时一般要扣除本底，改造后分别对装置的α和β本底进行了测定。改造后α本底为3.7min-1，优于改造前的9.0min-1；改造后β本底为294min-1，优于改造前的370min-1。说明装置α、β本底性能比改造前有较大提升。

4.3小能量损失修正系数

电子仪器本身噪声和一些电磁干扰使得样品测量计数增加，需设置一定阈值消除这些干扰，但同时也会损失一些小能量信号，因此需进行小能量损失修正。本次采用甄别阈外推法分别测定α、β小能量损失修正系数。

1）α小能量损失系数实验测定

采用编号为50-098的239Pu平面源测定小能量损失修正系数。拟合曲线为：

式中：y为计数，300s-1；

x为阈值，V。

小能量损失修正系数由如下公式计算：

（1）

式中：k为小能量损失修正系数；

α0為阈值等于0时的计数；

α0.8为阈值等于0.8时的计数。

外推到阈值为0时的计数，再通过公式（1）可得到α小能量损失系数为1.008。

2）β小能量损失修正系数实验测定

采用编号为06-006的90Sr-90Y平面源测定小能量损失修正系数，拟合曲线为：

式中：y为计数，300s-1；

x为阈值，V。

外推到阈值为0时的计数，并根据公式（1）计算出β小能量损失系数为1.002。

4.4位置效应

位置效应是反映装置性能的重要参数之一。将样品盘区域均匀的选择9个点，分别用尺寸为φ20的239Pu平面源和尺寸为φ25的90Sr-90Y平面源对该装置的位置效应进行了测定，α、β位置效应的平均值标准偏差分别为0.6%、0.3%。由于测量数据中包含统计误差，根据其对α和β的不同要求，再结合位置效应具体结果，表明该位置效应对测量结果影响很小，说明探测器结构性能较好。

4.5装置死时间

装置和电子仪器均存在至少两个物理事件，且能被分开，而每两个事件之间最小时间间隔被称为死时间。由于处在死时间内的脉冲信号没有被探测器探测，所以必须对损失掉的计数进行修正。本次通过双脉冲法并按下式计算死时间τd：

（2）

式中：nA为A道脉冲产生的计数率，s-1；

nB为B道脉冲产生的计数率，s-1；

nAB为A、B两道叠加脉冲产生的计数率，s-1。

通过该方法测得装置的死时间为3.5μs。

5、结束语

本工作通过对α、β表面发射率标准装置主标准器进行优化设计和重新加工、二次仪表进行更换以及完善数据处理系统，使该标准装置恢复且各项性能得到了提升。

改造后的标准装置能满足国防系统中各种α、β平面源的检定/校准需求，符合相关规程对α、β平面源检定装置的要求。目前该标准装置的改造工作已完成，装置已投入使用，承担量值传递工作。

参考文献：

[1]JJG478-96《α、β和γ表面污染仪检定规程》；

[2]JJG（核工）011-91《用2π多丝正比计数器测定α、β平面源发射率》。endprint