柳繼坤

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

0 引言

核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng) （Radiation Monitoring System， RMS） 為機組正常運行和事故響應(yīng)提供用于放射性物質(zhì)釋放評價的監(jiān)測信息，是核電安全縱深防御體系中的重要環(huán)節(jié)，也是核電廠應(yīng)急響應(yīng)和決策的重要依據(jù)[1]。RMS 監(jiān)測通道放射性探測性能(以下簡稱探測性能)的主要技術(shù)指標(biāo)包括相對固有誤差和探測效率； 通過對RMS 監(jiān)測通道在出廠前進行計量校準(zhǔn)獲得相對固有誤差數(shù)據(jù)， 通過對RMS 監(jiān)測通道執(zhí)行探測效率檢查試驗獲得監(jiān)測通道的探測效率。RMS 試驗技術(shù)程序中的試驗方法主要來源于設(shè)計、供貨技術(shù)文件，設(shè)計、供貨技術(shù)文件中的缺陷如果不能被有效地辨識并糾正，這些技術(shù)性缺陷通常會被輸入到試驗技術(shù)程序中，這種缺陷往往會對使用相同型號的RMS設(shè)備的核電機組產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致群廠性問題。

某電站核電機組RMS 主要由國內(nèi)某供應(yīng)商供貨（供應(yīng)商-甲），RMS 定期試驗程序的探測性能試驗引用了供貨技術(shù)文件中提供的試驗方法， 定期試驗程序規(guī)定以RMS 通道在制造廠內(nèi)的首次探測效率試驗結(jié)果為基準(zhǔn)對后續(xù)探測效率試驗結(jié)果進行評價， 電廠試驗人員在試驗期間以RMS 通道調(diào)試啟動試驗獲得的探測效率為基準(zhǔn)對定期試驗獲得的探測效率進行了評價，實際試驗方法與定期試驗程序規(guī)定不一致，違反了機組安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備定期試驗監(jiān)督要求， 最終造成執(zhí)照運行事件[2]。 事后分析發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商-甲在其供貨技術(shù)文件中提供的RMS 監(jiān)測通道探測效率驗收方法存在缺陷， 即便試驗人員嚴(yán)格按照定期試驗程序執(zhí)行試驗，因為試驗方法缺陷，最終對試驗結(jié)果的評價亦存在不確定性，可能導(dǎo)致試驗結(jié)果評價無效。 因此，有必要對RMS 監(jiān)測通道探測性能試驗方法進行研究，辨識并糾正其中的缺陷， 避免因技術(shù)程序存在缺陷造成試驗結(jié)果無效，從而防止執(zhí)照運行事件發(fā)生。

本研究基于RMS 有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程對RMS 監(jiān)測通道放射性探測性能指標(biāo)的物理意義進行了分析，并給出了解讀結(jié)果；分析了供應(yīng)商-甲為核電機組供貨的RMS 監(jiān)測通道探測性能試驗方法中存在的缺陷，并給出了應(yīng)對措施。 對國產(chǎn)化RMS 設(shè)備產(chǎn)品一致性不高，以及計量校準(zhǔn)的質(zhì)量控制問題進行了討論， 給出了改進建議。 研究成果可供新建核電機組RMS 設(shè)計、 采購和調(diào)試工作以及在役核電機組RMS定期試驗和改造工作參考。

1 探測性能指標(biāo)的物理意義

機組調(diào)試和運行期間， 把RMS 監(jiān)測通道探測效率作為判斷通道的核輻射探測器能否繼續(xù)使用的主要技術(shù)指標(biāo)。 某核電廠RMS 設(shè)備技術(shù)規(guī)格書中規(guī)定RMS 監(jiān)測通道的相對固有誤差應(yīng)在-20%～20%范圍內(nèi)；部分RMS 監(jiān)測通道探測效率的驗收標(biāo)準(zhǔn)也是-20%～20%。 由于上述兩個驗收標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)值上一致，造成了部分試驗人員認(rèn)為RMS 監(jiān)測通道相對固有誤差與探測效率在物理意義上是相同的。

檢定規(guī)程《輻射防護用X、γ 輻射劑量當(dāng)量（率）儀和監(jiān)測儀》（JJG 393—2003） 中對相對固有誤差的定義為：在規(guī)定的參考條件下，儀器對指定參考輻射的指示值的相對誤差[3]。 相對固有誤差的計算式為：

式中，I 為相對固有誤差；Hi為被檢定儀器指示值；Ht為被測量約定真值。

國家標(biāo)準(zhǔn)《核科學(xué)技術(shù)術(shù)語第6 部分：核儀器儀表》（GB/T 4960.6—2008） 中對探測效率的定義為：在規(guī)定的幾何條件下，單位時間探測到的某類型粒子數(shù)與輻射源同類型粒子的表面發(fā)射率之比[4]。 國家標(biāo)準(zhǔn)《輻射防護儀器便攜式表面污染光子測量儀和監(jiān)測儀》（GB/T 29788—2013）中對表面發(fā)射率（放射源用）的定義為：在單位時間內(nèi)從放射源的表面或其窗口發(fā)射的能量大于一定給定值的給定類型的粒子數(shù)[5]。RMS 監(jiān)測通道探測效率計算式為：

式中，E 為探測效率；Cb為 RMS 通道探測到的環(huán)境本底計數(shù)率，s-1；Cd為試驗用放射源放置到位后RMS 通道測得的穩(wěn)定計數(shù)率，s-1；q2π為試驗用放射源的表面發(fā)射率，s-1·（2πsr）-1。

由此可知，RMS 監(jiān)測通道的相對固有誤差與探測效率是兩個完全不同的技術(shù)指標(biāo)， 其物理意義也不同。 國產(chǎn)化RMS 設(shè)備出廠前普遍按照J(rèn)JG 393—2003檢定規(guī)程進行校準(zhǔn)，相對固有誤差應(yīng)由資質(zhì)合格的計量檢定實驗室完成對RMS 設(shè)備校準(zhǔn)后，在RMS 設(shè)備校準(zhǔn)證書中給出；RMS 通道在核電機組現(xiàn)場安裝完成后，通過執(zhí)行調(diào)試試驗獲得通道在機組現(xiàn)場的探測效率，后期通過執(zhí)行定期試驗可跟蹤、評價通道探測效率的變化， 根據(jù)變化趨勢為RMS 設(shè)備老化和機組備件管理提供參考。 因此，不能以現(xiàn)場試驗期間獲得的RMS 監(jiān)測通道探測效率等效或替代相對固有誤差。

2 探測性能試驗方法缺陷分析

2.1 試驗方法描述

供應(yīng)商-甲在RMS 設(shè)備運行與維修手冊中給出的RMS 監(jiān)測通道探測性能試驗方法如下：

根據(jù)試驗測量數(shù)據(jù)計算RMS 監(jiān)測通道的當(dāng)前探測效率，計算式為：

式中，Et為監(jiān)測通道安裝到現(xiàn)場后的探測效率；Md為試驗過程中監(jiān)測通道指示值的平均值；Mb為監(jiān)測通道測量環(huán)境本底指示值的平均值；A 為放射源的當(dāng)前活度。

計算RMS 監(jiān)測通道當(dāng)前探測效率與出廠試驗測得探測效率的偏差，計算式為：

式中，ε 為探測效率偏差；E0為監(jiān)測通道出廠試驗測得的探測效率。

試驗驗收標(biāo)準(zhǔn)為-20%≤ε≤20%， 探測效率偏差滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)要求， 則RMS 監(jiān)測通道的放射性探測性能合格。

2.2 探測效率計算方法缺陷分析

基于前文分析可知式（3）的計算結(jié)果與式（2）計算結(jié)果存在差異。選擇使用137Cs 固體放射源作為試驗放射源的γ 監(jiān)測通道為分析對象，圖1 為137Cs 的衰變綱圖。 放射源的活度單位是Bq，其物理意義為1Bq 等于每秒發(fā)生1 次核躍遷或1 次核蛻變[6]。 使用137Cs 放射源對γ 監(jiān)測通道進行探測效率試驗時的有效射線是能量為0.661 7 MeV 的γ 射線，從137Cs 的衰變綱圖中可以得出其衰變產(chǎn)生能量為0.661 7 MeV，γ 射線的產(chǎn)額約80.5%，該計算結(jié)果與文獻[7]中給出的結(jié)果（84.99%）相近。因此放射源活度與放射源表面發(fā)射率除了物理意義不同外，在數(shù)值上也存在差異。

圖1 137Cs 衰變綱圖

若要獲得相對準(zhǔn)確的探測效率計算結(jié)果，放射源表面發(fā)射率的數(shù)據(jù)必須足夠準(zhǔn)確。RMS 監(jiān)測通道探測性能試驗使用的放射源只有少數(shù)幾顆α、β 源是立體角為2π 的平面源， 大多數(shù)試驗用放射源是圓柱狀放射源， 對于難以給出準(zhǔn)確表面發(fā)射率的放射源，RMS監(jiān)測通道探測效率近似值可使用式（5）進行計算，式（5）也是法國MGP 公司供貨的RMS 監(jiān)測通道探測效率的主要計算式。

式中，E*為探測效率近似值，s-1·Bq-1。

假定使用137Cs 平面源為一個RMS γ 監(jiān)測通道執(zhí)行探測性能試驗，由0.661 7 MeV 的γ 射線產(chǎn)額可知基于同一次試驗數(shù)據(jù)使用式（5）計算得出的探測效率值約為使用式（2）計算值的 0.805 0～0.849 9 倍。

使用式（5）時RMS 監(jiān)測通道必須具備顯示射線粒子計數(shù)率的功能。以供應(yīng)商-甲為某核電廠供貨的蒸汽發(fā)生器排污水γ 活度監(jiān)測通道為例， 該通道沒有設(shè)計射線粒子計數(shù)率顯示窗口， 從設(shè)備顯示器上只能獲得體積活度（單位為 Bq·m-3），使用式（3）計算得到試驗結(jié)果的量綱為Bq·m-3·Bq-1，這只是一個在數(shù)值上與探測效率存在一定關(guān)系的計算結(jié)果 （通道γ 計數(shù)率與體積活度的換算關(guān)系屬于供應(yīng)商技術(shù)保密內(nèi)容， 暫時無法評估由γ 計數(shù)率與體積活度換算對探測性能試驗結(jié)果造成的影響）。由前文分析可知，使用供應(yīng)商-甲給出的RMS 監(jiān)測通道探測效率計算方法無法計算得到國家標(biāo)準(zhǔn)中定義的探測效率；相比較而言，式（5）的計算結(jié)果更接近國家標(biāo)準(zhǔn)中定義的探測效率。

2.3 探測效率驗收方法缺陷分析

RMS 設(shè)備安裝到核電現(xiàn)場后的環(huán)境本底差異、試驗放射源差異（個別機組已發(fā)現(xiàn)制造廠與現(xiàn)場試驗用放射源不是同一顆放射源）都會對探測效率的試驗結(jié)果產(chǎn)生影響， 放射性統(tǒng)計漲落等特點決定了RMS 設(shè)備在制造廠內(nèi)試驗測得的E0 本身就存在一定誤差，因此基于式（4）評價RMS 監(jiān)測通道探測效率變化的方法存在會引入誤差的缺陷，嚴(yán)重時會造成評價結(jié)果失效。

假定某RMS 監(jiān)測通道初始探測效率的約定真值（E0，T）已知，核電現(xiàn)場測得探測效率 Et相對 E0，T的誤差會受 E0與 E0，T之間的誤差和 Et與 E0之間的誤差的影響而發(fā)生變化，從表1 的誤差傳遞計算示例中可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)誤差的疊加達(dá)到一定程度時會造成Et相對E0，T的誤差超出-20%～20%的范圍， 因此這種誤差跟蹤與評價方法用于判斷RMS 監(jiān)測通道的放射性探測性能是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

表1 誤差傳遞計算示例

2.4 分析結(jié)果

基于上述分析， 供應(yīng)商-甲在供貨技術(shù)文件中提供的RMS 監(jiān)測通道探測效率計算方法與國家標(biāo)準(zhǔn)給出的探測效率計算方法存在差異，其計算結(jié)果不是嚴(yán)格意義上的探測效率；供應(yīng)商-甲給出的以E0為基準(zhǔn)的RMS 監(jiān)測通道探測效率評價方法存在缺陷， 因E0可能存在誤差或因制造廠與核電機組現(xiàn)場試驗條件差異造成E0不能作為比較基準(zhǔn)，有導(dǎo)致現(xiàn)場RMS 監(jiān)測通道探測效率試驗結(jié)果評價存在不確定性或無效缺陷， 因此不建議在RMS 試驗技術(shù)程序中使用供應(yīng)商-甲在供貨技術(shù)文件中提供的RMS 監(jiān)測通道探測效率驗收方法。

3 應(yīng)對措施

由前文分析可知供應(yīng)商-甲給出的RMS 監(jiān)測通道探測效率驗收方法存在缺陷， 參考法國MGP 公司RMS 設(shè)備的成熟應(yīng)用經(jīng)驗，RMS 監(jiān)測通道探測效率是否合格應(yīng)根據(jù)具體RMS 監(jiān)測通道探測效率的驗收范圍進行評價，RMS 設(shè)備安裝到核電機組現(xiàn)場后的試驗結(jié)果只需與約定的驗收范圍進行比較評價即可；當(dāng)前已在陽江核電廠、紅沿河核電廠的5、6 號機組RMS調(diào)試環(huán)節(jié)完成了這項改進。

為了實現(xiàn)在現(xiàn)場試驗期間能夠相對準(zhǔn)確地計算RMS 監(jiān)測通道探測效率的目標(biāo)，即以式（2）計算探測效率或以式（5）計算探測效率近似值，應(yīng)在RMS 監(jiān)測通道中設(shè)計射線粒子計數(shù)率顯示功能， 已向RMS 供應(yīng)商提出了此項改進意見。

4 討論與建議

4.1 國產(chǎn)RMS 產(chǎn)品一致性現(xiàn)狀與建議

國產(chǎn)RMS 設(shè)備的運行穩(wěn)定性已接近國外主流RMS 供應(yīng)商的產(chǎn)品，但從近三年交付核電現(xiàn)場的國產(chǎn)RMS 設(shè)備實際性能分析， 產(chǎn)品一致性還有待提高；文獻[8]中亦指出了國產(chǎn)RMS 產(chǎn)品一致性的不足。 RMS監(jiān)測通道探測效率主要受核輻射探測器性能影響，如果相同型號RMS 監(jiān)測通道的產(chǎn)品一致性不高， 容易造成同一臺機組的同型號RMS 監(jiān)測通道探測效率驗收標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題， 即相同型號RMS 監(jiān)測通道存在多個驗收標(biāo)準(zhǔn)， 目前已有數(shù)臺核電機組遇到了此問題； 上述問題會導(dǎo)致RMS 監(jiān)測通道因隨機設(shè)備故障更換新的核輻射探測器后現(xiàn)場試驗人員無法準(zhǔn)確確定探測效率驗收標(biāo)準(zhǔn)的問題，驗收標(biāo)準(zhǔn)不準(zhǔn)確存在造成試驗結(jié)果評價無效的風(fēng)險。

某核電廠的RMS 設(shè)備技術(shù)規(guī)格書中未對RMS產(chǎn)品一致性做出約束，因此，建議后續(xù)新建機組設(shè)計或運行機組采購備件時應(yīng)對RMS 產(chǎn)品一致性給出明確要求。

4.2 RMS 出廠前校準(zhǔn)質(zhì)控現(xiàn)狀與建議

文獻[9]提供的檢查結(jié)果顯示40 個型號的用于輻射防護監(jiān)測的γ 輻射監(jiān)測儀中相對固有誤差絕對值在10%～20%范圍的有24 型（占比為60%），相對固有誤差在-10%～10%范圍的有 11 型 （占比 27.5%），超出-20%～20%范圍的有5 型（占比12.5%）。 當(dāng)前RMS設(shè)備出廠前的校準(zhǔn)環(huán)節(jié)存在下列3 種常見不規(guī)范問題：（1）部分 RMS 設(shè)備到貨后缺少校準(zhǔn)證書；（2）個別核電機組RMS 設(shè)備的校準(zhǔn)證書中批次性缺少相對固有誤差的校準(zhǔn)結(jié)果；（3）一部分RMS 設(shè)備的校準(zhǔn)證書中給出的相對固有誤差結(jié)果為0 或約為0，從當(dāng)前民用RMS 設(shè)備的實際探測性能分析， 這種校準(zhǔn)結(jié)果不可靠。 因此，后續(xù)應(yīng)從核電廠設(shè)備質(zhì)保管理環(huán)節(jié)加強對RMS 設(shè)備出廠前校準(zhǔn)工作的監(jiān)督。

5 結(jié)論

研究得出如下結(jié)論：

（1）RMS 監(jiān)測通道探測效率與相對固有誤差的物理意義完全不同，是兩個不同的技術(shù)指標(biāo)，不能等效或互相替代。

（2）供應(yīng)商-甲在其供貨技術(shù)文件中提供的RMS監(jiān)測通道探測效率的計算方法與國標(biāo)規(guī)定不一致，且其探測效率驗收方法存在導(dǎo)致試驗結(jié)果評價存在不確定性或無效的缺陷， 不建議RMS 試驗技術(shù)程序使用該供應(yīng)商提供的探測效率驗收方法。

（3）應(yīng)對RMS 監(jiān)測通道的產(chǎn)品一致性做出約束，相同型號通道應(yīng)使用相同的探測效率驗收標(biāo)準(zhǔn)，避免通道更換探測器后發(fā)生無法確定驗收標(biāo)準(zhǔn)的問題。

（4） 核電用戶應(yīng)對RMS 設(shè)備出廠前的校準(zhǔn)工作加強質(zhì)保監(jiān)督，確保設(shè)備的出廠質(zhì)量滿足設(shè)備技術(shù)規(guī)格書要求。

本研究給出的分析結(jié)果、結(jié)論，以及應(yīng)對措施、建議可供RMS 設(shè)計、采購、調(diào)試及維修工作參考。