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摘要：在核测仪器中，测量某一能量范围的核素的放射性，往往需要用到稳峰技术，以克服核仪器输出能谱的峰位漂移，提高核仪器的稳定性和精确度。本文介绍了稳峰技术在秦山一期稳峰技术运用的几个通道。
关键词：稳峰技术；能谱；漂移
中图分类号：C35文献标识码： A
Summary: In nuclear measuring instrument, measuring a certain energy range of radioactive nuclides, often need to use peak stabilization technology, in order to overcome the peak position of nuclear instrument output spectrum drift, improve the stability and accuracy of nuclear instrument. This paper introduces the technology in qinshan phase steady steady peak of several channel used technology
Key words: Peak stabilization technology; Energy spectrum; drift
引言：在核电厂辐射监测设备中，为提升监测结果的准确性及有效性，个别测量通道需对具代表性的单个放射性核素或一定能量范围内的多个放射性核素进行监测，而在实际应用中由于现场环境的复杂多变，使能谱漂移，测量数据出现较大偏差，因此引入稳峰技术就显得尤其重要。
一、稳峰技术在碘-131连续监测中的应用
被测气体通过回路系统进入取样室，气体中的131I被吸附在过滤盒上。NaI晶体接受被测气体中的射线引起闪光。闪烁的平均频率与入射射线的强度成正比，单次闪光的亮度与入射射线的能量成正比，这些闪光作用于光电倍增管的光阴极上，从中打出电子。由于光电倍增管打拿极上的二次电子发射作用，使打出的电子数量不断增加，最后在光电倍增管的阴极负载上产生脉冲信号，此负脉冲经电容耦合至射极输出器的输入端。
射极输出器为双管串接双自举射极输出器。其供电范围宽（+6V～+24V），输入阻抗大于165kΩ，输出阻抗小于20Ω，与电缆特性阻抗匹配可调换输出电阻，输出线性范围不小于供电电压的80%，频带宽，传输系数大于0.95，作为本探测器的前置电路，是一种较为理想的输出器。
光电倍增管采用正高压供电，其优点是可以减少光电倍增管的噪音。这是因为光阴极通常是涂敷在光电倍增管玻璃壳前端内表面上，正高压供电时阴极为低电位，阳极接正极性高压；此外，光电倍增管外面还加有金属套（坡莫合金）用作电磁屏蔽，而外套通常也是接地的。所以，在金属外壳和涂敷光阴极的玻璃壳之间没有电位差。因此，不会在其间产生微弱放电而使光电倍增管噪声增高。
探测器中有一枚241Am稳峰源，通过稳峰单道板实际检测到的峰位与241Am的参考峰位比较，产生一个可用在反馈环中的误差信号仪表改变系统的增益，使峰回到它的正确位置。
探测器输出的负脉冲信号输入至二次仪表（M-2024就地处理箱）的放大电路，变成正脉冲，再进入单道脉冲幅度分析电路，将信号甄別成形，输出标准信号。此标准信号进入数据处理显示电路进行处理。即计算、显示和报警等工作，其中，显示可在Hz数或公式转换后的浓度值Bq/m3之间切换。同时放大器输出信号又经稳峰器控制高压，以达到稳定131I峰位之功能。
二、稳峰技术在N-16辐射监测系统中的应用
N-16辐射监测系统主要用于核电厂蒸汽发生器U形管破损导致一回路水向二回路侧
的泄漏率的测量。在功率运行工况下，通过测量破损发生时在二回路主蒸汽管道内所产生的N-16高能γ辐射来确定泄露率；在热停堆工况下，通过测量主蒸汽管道内出现的氪（Kr）和氙（Xe）等惰性气体或其他核素来了解破损情况。此监测系统由一个安装在主蒸汽管外面的γ探测器、一个电子测量箱和一个处理组件组成。处理组件把探测器测得的辐射信号转换成蒸汽发生器U形管破损的泄漏率，并给出泄漏率数值，按给定的报警阈值发出报警信号。
该系统探测器部件由NaI晶体和光电倍增管组成，晶体内镶入241Am稳峰源，探测器部件内含温度传感器。该部件封装在一个不锈钢外壳内。整个探测装置位于反应堆二回路主蒸汽管道附近。蒸汽携带的16N发出的γ射线被闪烁体灵敏区收集，经过光电倍增管放大，变成脉冲信号，其幅度正比于探测的γ射线能量。该信号和241Am稳峰源产生的参考脉冲信号一起送到测量箱。
测量箱把探测装置送来的信号进行放大、变换、甄别、整形，然后对γ信号进行能谱分析。并按照能量段分两个通道进行计数。能量在4.5MeV~7MeV之间的脉冲送到处理组件的N-16通道，能量在0.2MeV~2.2MeV之间的脉冲送到处理组件总γ通道。能谱的获取时间在正常工作方式下在10s至3000s之间任意设置，程序自动在2.2 MeV~4.5 MeV的参考窗之间寻找241Am参考峰，与理论峰位比较，通过改变放大器增益实现稳峰，以此提高测量核素N-16的精度。
三、稳峰技术在燃料元件包壳总破损监测系统中的应用
燃料元件包壳总破损监测系统是监测下泄流的放射性以及估算燃料包壳的破损率。下
泄流中有大量腐蚀产物，其间有γ能量的裂变产物。
监测的裂变产物
同位素 产额 半衰期 E1 I1 E2 I2 E3 I3
135I 6.41 6.585h 1.678 9.5 1.791 7.7 1.457 8.6
138Xe 6.2 14.08m 1.768 16.7 2.004 12.3 2.015 5.35
138Cs 5.8 32.2m 2.218 15.2 1.436 76.30
87Kr 2.54 76m 1.740 2.04 2.554 9.23 2.558 3.92
88Kr 3.56 0.12d 2.392 35 2.196 13.3 1.529 11.1
144Ce 5.46 284.4d 1.489 0.30 2.185 0.77
裂变产物中的γ能量主要在1.25～2.5Mev。所以在单道工作在微分状态时，阈值与道宽等于1.25Mevγ能时，仪器的灵敏度在上升。闪烁体内密封一稳峰源239Pu，它作用是将信号脉冲限幅在大约3Mevγ能量位置。信号被能谱稳峰单元选取后能谱稳峰器输给高压—控制电压信号以控制高压电路输出。
图一 原理方框图
选定范围的γ能量要固定就需稳峰，此时稳峰器和稳峰源的使用就可满足这一要求。当能谱向高能量或低能量漂移。稳峰器就通过监测稳峰源输出的脉冲信号和高压输出一控制信号。这样能谱就会向相反方向漂移。输入信号送至一基线恢复器和放大系数为0.5的放大器，然后再被三个阈值分别为E-△E，△E和E+△E的甄别器甄别，E值与Eγ=3Mev（Pu-239）相等，△E的值还由Pu-239的能谱的FWHM（半道宽）和FWTM（道宽）来定。前两个甄别器的输出信号送至两个反符合电路。这两个反符合电路的输出信号送至一个由两个直流计速仪组成的微分计数器。输出的直流电压位滤波器送至比较器的“一端”。将单道和稳峰器工作在裂变产物和稳峰源239Pu能谱被锁定的状态，这很重要。因为这样它们的阈值才能被校准。
结论：在所有涉及能谱测量和对一定能窗范围中某种射线对应总计数进行测量的时候都要求对应的核仪器具有非常好的稳定性，即要求经过长时间后以及环境条件发生改变时仪器对固定能量某种射线输出能谱峰位不变，这样才能保证仪器测量的稳定性，即保证测量精度。然而，核仪器因环境条件改变以下影响仪器输出能谱稳定性的因素将发生变化：闪烁晶体的发光效率，光电倍增管的增益，放大器的放大倍数及探头工作高压等都随环境条件而改变。此外，还有些非环境条件因素导致峰位漂移，象光电倍数增管的增益随计数和时间改变，电子学线路基线随计数增大发生漂移等。
环境条件的影响往往可通过控制环境条件来改善，但此时克服不了非环境因素造成的峰位漂移，有时这种峰位漂移是不可忽视的。例如低本底液体闪烁计数器，在对环境样品进行测量时为了保证测量精度，每个样品测量时间长达数小时，这种情况下光电倍增管的增益随时间变化有时是不容忽视的。在核电厂生产厂房这种复杂环境条件下要控制核仪器的周围环境往往是很难做到的，此时核仪器的输出能谱峰位漂移显得更为严重。
所以，采取一定的措施，克服核儀器的输出能谱峰位漂移，是提高核仪器稳定性和精确度的必由之路。目前国外的核仪器稳峰技术发展较为成熟，但国内该技术的研制及应用尚处于初级阶段。
稳峰技术研究的方向是发光二极管的选型(光电倍增管与光谱的配备)、及封装，标准光源在能谱中对应位置的调节控制，稳峰电路研制，测量所选发光二极管的温度特性，并研究相应克服温度特性带来的负面效应的方法，采用温度补偿技术进一步刻服闪烁体发光效率改变带来的峰位漂移。选用半导体激光器作为标准光源，比较与发光二极管作为标准光源的优缺点。
第二种选用放射性参考源作为标准光源的稳峰技术国内已有相应产品，但远不成熟,效果不佳，放射性参考源的选择通常有γ源和α源。由于这种稳峰技术可纠正闪烁体发光效率变化带来的峰位漂移（因标准源照射的是闪烁体），因此这种稳峰技术效果最好，但探头封装技术较难且成本高，此外，由于参考源的引入可能造成仪器本底升高或引入干扰峰。该稳峰技术用得最多的是用α参考源测γ能谱，但由于α源的γ 当量能量与温度是有关的，这将使效果变差，目前国内的这种稳峰技术之所以效果差就是由于没有考虑α源的γ当量能量与温度的关系。由于国内目前该技术的探头制作较成熟，研究方向主要为：理论解释和实验测量α源的γ当量能量和温度的关系(尚未见有关报道文章)，研制对应稳峰电路和降低α源的γ当量能量因温度变化造成稳峰的负面影响处理方法。
图二及图三分别给出了二种带稳峰技术的核仪器原理框图，对指导该类核仪器制作具有普遍意义。
图二 简单的带稳峰技术的核仪器原理框图
图三 带温度补偿稳峰技术的核仪器原理框图
参考文献
[1] 丁洪林 核辐射探测器 [M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社2009
[2] 凌球 郭兰英 李冬馀 核电站辐射测量技术 [M].北京：原子能出版社2010
[3] 解苑明 季维同 谢学涛 核电站蒸汽发生器泄漏监测——氮-16辐射监测仪概述 [J]：中国期刊网2010
关键词：稳峰技术；能谱；漂移
中图分类号：C35文献标识码： A
Summary: In nuclear measuring instrument, measuring a certain energy range of radioactive nuclides, often need to use peak stabilization technology, in order to overcome the peak position of nuclear instrument output spectrum drift, improve the stability and accuracy of nuclear instrument. This paper introduces the technology in qinshan phase steady steady peak of several channel used technology
Key words: Peak stabilization technology; Energy spectrum; drift
引言：在核电厂辐射监测设备中，为提升监测结果的准确性及有效性，个别测量通道需对具代表性的单个放射性核素或一定能量范围内的多个放射性核素进行监测，而在实际应用中由于现场环境的复杂多变，使能谱漂移，测量数据出现较大偏差，因此引入稳峰技术就显得尤其重要。
一、稳峰技术在碘-131连续监测中的应用
被测气体通过回路系统进入取样室，气体中的131I被吸附在过滤盒上。NaI晶体接受被测气体中的射线引起闪光。闪烁的平均频率与入射射线的强度成正比，单次闪光的亮度与入射射线的能量成正比，这些闪光作用于光电倍增管的光阴极上，从中打出电子。由于光电倍增管打拿极上的二次电子发射作用，使打出的电子数量不断增加，最后在光电倍增管的阴极负载上产生脉冲信号，此负脉冲经电容耦合至射极输出器的输入端。
射极输出器为双管串接双自举射极输出器。其供电范围宽（+6V～+24V），输入阻抗大于165kΩ，输出阻抗小于20Ω，与电缆特性阻抗匹配可调换输出电阻，输出线性范围不小于供电电压的80%，频带宽，传输系数大于0.95，作为本探测器的前置电路，是一种较为理想的输出器。
光电倍增管采用正高压供电，其优点是可以减少光电倍增管的噪音。这是因为光阴极通常是涂敷在光电倍增管玻璃壳前端内表面上，正高压供电时阴极为低电位，阳极接正极性高压；此外，光电倍增管外面还加有金属套（坡莫合金）用作电磁屏蔽，而外套通常也是接地的。所以，在金属外壳和涂敷光阴极的玻璃壳之间没有电位差。因此，不会在其间产生微弱放电而使光电倍增管噪声增高。
探测器中有一枚241Am稳峰源，通过稳峰单道板实际检测到的峰位与241Am的参考峰位比较，产生一个可用在反馈环中的误差信号仪表改变系统的增益，使峰回到它的正确位置。
探测器输出的负脉冲信号输入至二次仪表（M-2024就地处理箱）的放大电路，变成正脉冲，再进入单道脉冲幅度分析电路，将信号甄別成形，输出标准信号。此标准信号进入数据处理显示电路进行处理。即计算、显示和报警等工作，其中，显示可在Hz数或公式转换后的浓度值Bq/m3之间切换。同时放大器输出信号又经稳峰器控制高压，以达到稳定131I峰位之功能。
二、稳峰技术在N-16辐射监测系统中的应用
N-16辐射监测系统主要用于核电厂蒸汽发生器U形管破损导致一回路水向二回路侧
的泄漏率的测量。在功率运行工况下，通过测量破损发生时在二回路主蒸汽管道内所产生的N-16高能γ辐射来确定泄露率；在热停堆工况下，通过测量主蒸汽管道内出现的氪（Kr）和氙（Xe）等惰性气体或其他核素来了解破损情况。此监测系统由一个安装在主蒸汽管外面的γ探测器、一个电子测量箱和一个处理组件组成。处理组件把探测器测得的辐射信号转换成蒸汽发生器U形管破损的泄漏率，并给出泄漏率数值，按给定的报警阈值发出报警信号。
该系统探测器部件由NaI晶体和光电倍增管组成，晶体内镶入241Am稳峰源，探测器部件内含温度传感器。该部件封装在一个不锈钢外壳内。整个探测装置位于反应堆二回路主蒸汽管道附近。蒸汽携带的16N发出的γ射线被闪烁体灵敏区收集，经过光电倍增管放大，变成脉冲信号，其幅度正比于探测的γ射线能量。该信号和241Am稳峰源产生的参考脉冲信号一起送到测量箱。
测量箱把探测装置送来的信号进行放大、变换、甄别、整形，然后对γ信号进行能谱分析。并按照能量段分两个通道进行计数。能量在4.5MeV~7MeV之间的脉冲送到处理组件的N-16通道，能量在0.2MeV~2.2MeV之间的脉冲送到处理组件总γ通道。能谱的获取时间在正常工作方式下在10s至3000s之间任意设置，程序自动在2.2 MeV~4.5 MeV的参考窗之间寻找241Am参考峰，与理论峰位比较，通过改变放大器增益实现稳峰，以此提高测量核素N-16的精度。
三、稳峰技术在燃料元件包壳总破损监测系统中的应用
燃料元件包壳总破损监测系统是监测下泄流的放射性以及估算燃料包壳的破损率。下
泄流中有大量腐蚀产物，其间有γ能量的裂变产物。
监测的裂变产物
同位素 产额 半衰期 E1 I1 E2 I2 E3 I3
135I 6.41 6.585h 1.678 9.5 1.791 7.7 1.457 8.6
138Xe 6.2 14.08m 1.768 16.7 2.004 12.3 2.015 5.35
138Cs 5.8 32.2m 2.218 15.2 1.436 76.30
87Kr 2.54 76m 1.740 2.04 2.554 9.23 2.558 3.92
88Kr 3.56 0.12d 2.392 35 2.196 13.3 1.529 11.1
144Ce 5.46 284.4d 1.489 0.30 2.185 0.77
裂变产物中的γ能量主要在1.25～2.5Mev。所以在单道工作在微分状态时，阈值与道宽等于1.25Mevγ能时，仪器的灵敏度在上升。闪烁体内密封一稳峰源239Pu，它作用是将信号脉冲限幅在大约3Mevγ能量位置。信号被能谱稳峰单元选取后能谱稳峰器输给高压—控制电压信号以控制高压电路输出。
图一 原理方框图
选定范围的γ能量要固定就需稳峰，此时稳峰器和稳峰源的使用就可满足这一要求。当能谱向高能量或低能量漂移。稳峰器就通过监测稳峰源输出的脉冲信号和高压输出一控制信号。这样能谱就会向相反方向漂移。输入信号送至一基线恢复器和放大系数为0.5的放大器，然后再被三个阈值分别为E-△E，△E和E+△E的甄别器甄别，E值与Eγ=3Mev（Pu-239）相等，△E的值还由Pu-239的能谱的FWHM（半道宽）和FWTM（道宽）来定。前两个甄别器的输出信号送至两个反符合电路。这两个反符合电路的输出信号送至一个由两个直流计速仪组成的微分计数器。输出的直流电压位滤波器送至比较器的“一端”。将单道和稳峰器工作在裂变产物和稳峰源239Pu能谱被锁定的状态，这很重要。因为这样它们的阈值才能被校准。
结论：在所有涉及能谱测量和对一定能窗范围中某种射线对应总计数进行测量的时候都要求对应的核仪器具有非常好的稳定性，即要求经过长时间后以及环境条件发生改变时仪器对固定能量某种射线输出能谱峰位不变，这样才能保证仪器测量的稳定性，即保证测量精度。然而，核仪器因环境条件改变以下影响仪器输出能谱稳定性的因素将发生变化：闪烁晶体的发光效率，光电倍增管的增益，放大器的放大倍数及探头工作高压等都随环境条件而改变。此外，还有些非环境条件因素导致峰位漂移，象光电倍数增管的增益随计数和时间改变，电子学线路基线随计数增大发生漂移等。
环境条件的影响往往可通过控制环境条件来改善，但此时克服不了非环境因素造成的峰位漂移，有时这种峰位漂移是不可忽视的。例如低本底液体闪烁计数器，在对环境样品进行测量时为了保证测量精度，每个样品测量时间长达数小时，这种情况下光电倍增管的增益随时间变化有时是不容忽视的。在核电厂生产厂房这种复杂环境条件下要控制核仪器的周围环境往往是很难做到的，此时核仪器的输出能谱峰位漂移显得更为严重。
所以，采取一定的措施，克服核儀器的输出能谱峰位漂移，是提高核仪器稳定性和精确度的必由之路。目前国外的核仪器稳峰技术发展较为成熟，但国内该技术的研制及应用尚处于初级阶段。
稳峰技术研究的方向是发光二极管的选型(光电倍增管与光谱的配备)、及封装，标准光源在能谱中对应位置的调节控制，稳峰电路研制，测量所选发光二极管的温度特性，并研究相应克服温度特性带来的负面效应的方法，采用温度补偿技术进一步刻服闪烁体发光效率改变带来的峰位漂移。选用半导体激光器作为标准光源，比较与发光二极管作为标准光源的优缺点。
第二种选用放射性参考源作为标准光源的稳峰技术国内已有相应产品，但远不成熟,效果不佳，放射性参考源的选择通常有γ源和α源。由于这种稳峰技术可纠正闪烁体发光效率变化带来的峰位漂移（因标准源照射的是闪烁体），因此这种稳峰技术效果最好，但探头封装技术较难且成本高，此外，由于参考源的引入可能造成仪器本底升高或引入干扰峰。该稳峰技术用得最多的是用α参考源测γ能谱，但由于α源的γ 当量能量与温度是有关的，这将使效果变差，目前国内的这种稳峰技术之所以效果差就是由于没有考虑α源的γ当量能量与温度的关系。由于国内目前该技术的探头制作较成熟，研究方向主要为：理论解释和实验测量α源的γ当量能量和温度的关系(尚未见有关报道文章)，研制对应稳峰电路和降低α源的γ当量能量因温度变化造成稳峰的负面影响处理方法。
图二及图三分别给出了二种带稳峰技术的核仪器原理框图，对指导该类核仪器制作具有普遍意义。
图二 简单的带稳峰技术的核仪器原理框图
图三 带温度补偿稳峰技术的核仪器原理框图
参考文献
[1] 丁洪林 核辐射探测器 [M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社2009
[2] 凌球 郭兰英 李冬馀 核电站辐射测量技术 [M].北京：原子能出版社2010
[3] 解苑明 季维同 谢学涛 核电站蒸汽发生器泄漏监测——氮-16辐射监测仪概述 [J]：中国期刊网2010