部隊(duì)核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

袁 偉　左 莉　陳顯波　李 霄　 李 藐　羅中興

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部隊(duì)核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

袁 偉左 莉陳顯波李 霄 李 藐羅中興

摘 要

關(guān)鍵詞：核事故 應(yīng)急 輻射監(jiān)測(cè)

核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)，主要是指核事故發(fā)生后發(fā)現(xiàn)和測(cè)量核輻射，包括放射性種類、能量分布、輻射水平、污染范圍以及人員劑量等方面的探測(cè)。應(yīng)急監(jiān)測(cè)過(guò)程中要提供報(bào)警功能，在放射性水平或輻射劑量超過(guò)閾值時(shí)，以聲音、光感、震動(dòng)等不同形式給予應(yīng)急行動(dòng)人員以警示信號(hào)。一般來(lái)講，應(yīng)急監(jiān)測(cè)的目的是為了盡可能及時(shí)和詳細(xì)地提供有關(guān)事故對(duì)環(huán)境和公眾可能帶來(lái)的輻射影響方面的測(cè)量數(shù)據(jù)，以便為核事故分級(jí)、劑量評(píng)價(jià)、后果評(píng)估以及防護(hù)行動(dòng)決策提供技術(shù)依據(jù)。同時(shí)，為判斷核設(shè)施、核部件和核材料損壞程度和尋找回收提供線索。由于時(shí)間的緊迫性和對(duì)監(jiān)測(cè)人員照射危害的不同，不同事故階段的應(yīng)急監(jiān)測(cè)目的和任務(wù)也不盡相同。

對(duì)于部隊(duì)來(lái)說(shuō)，由于裝備一定數(shù)量的涉核武器，一旦發(fā)生重大事故，有可能引發(fā)核材料（包括鈾和钚的同位素，氚）部件的破損泄漏，甚至導(dǎo)致化學(xué)炸藥爆炸產(chǎn)生大面積放射性氣溶膠顆粒，造成極其嚴(yán)重的外環(huán)境放射性污染，并對(duì)周邊人員造成不同程度的放射性照射危害。在事故早期，應(yīng)急監(jiān)測(cè)主要任務(wù)是盡可能多地獲取空中放射性氣體、氣溶膠的濃度，以及核素的種類；在事故中后期，重點(diǎn)在早期監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上開始對(duì)地面、水源進(jìn)行更加詳細(xì)的監(jiān)測(cè)，對(duì)于環(huán)境中的放射性污染水平加以量化確定，以便為恢復(fù)行動(dòng)決策及潛在的長(zhǎng)期照射預(yù)測(cè)提供依據(jù)。由于應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)的艱巨性和復(fù)雜性，這對(duì)應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)裝備的性能提出了很高的要求［1］。本文結(jié)合目前部隊(duì)核事故應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的現(xiàn)狀和存在的不足，有針對(duì)性地提出改進(jìn)與提高的技術(shù)思路與具體方法，對(duì)于快速有效開展核應(yīng)急處置行動(dòng)、提高部隊(duì)核應(yīng)急能力具有一定程度的指導(dǎo)意義。

1.國(guó)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的核應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)一直在軍事、社會(huì)需求的牽引下，在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下不斷地發(fā)展。近年來(lái)，出現(xiàn)了一系列呈現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特征的新型核應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)裝備。

1.1便攜式核應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備

美國(guó)等國(guó)家研制出一系列滿足在重度、中度等不同污染條件下操作使用的便攜式核應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備。其主要特點(diǎn)是將多種小型數(shù)字傳感器結(jié)合在一起，具備量程拓寬、準(zhǔn)確度提高、輕便化、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，探測(cè)輸出信號(hào)比傳統(tǒng)半導(dǎo)體探測(cè)器高出多個(gè)數(shù)量級(jí)，既滿足了核事故現(xiàn)場(chǎng)劑量與劑量率的測(cè)量，又可以快速判斷核輻射射線的類型和核素種類，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下的定量分析。

例如，以往市面上大部分核應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器都是蓋革計(jì)數(shù)器為主要探測(cè)器的設(shè)備。蓋革計(jì)數(shù)器一種專門探測(cè)電離輻射（α粒子、β粒子、γ射線）強(qiáng)度的記數(shù)儀器，其造價(jià)低廉、使用方便、探測(cè)范圍廣泛。但是這種儀器只能反應(yīng)輻射強(qiáng)度，不能顯示輻射為何種類型［2］?；诖?，俄勒岡州立大學(xué)的研究人員研制出高性能的MiniSpec便攜式核輻射監(jiān)測(cè)儀。這種設(shè)備不僅能顯示核輻射強(qiáng)度，還能確定種類以及具體危害程度。MiniSpec實(shí)際上是一款小型的伽馬射線能譜儀，其探測(cè)器包含一種新型的“閃爍檢測(cè)器”數(shù)碼電子設(shè)備，里面包含了閃爍體感應(yīng)器，閃爍體是一類吸收高能粒子或射線后能夠發(fā)光的材料，在輻射探測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。MiniSpec使用這種探測(cè)器同時(shí)使得儀器擁有小巧、耐用、輕量、高效，并能在復(fù)雜環(huán)境中操作的特性。此外， MiniSpec還能夠支持以無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)，允許操作人員在其他地點(diǎn)監(jiān)測(cè)輻射數(shù)據(jù)，便于平時(shí)操作和戰(zhàn)場(chǎng)使用。

圖1　MiniSpec核輻射監(jiān)測(cè)儀模板

1.2移動(dòng)式核應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備

核事故移動(dòng)式核應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備主要指將核輻射探測(cè)設(shè)備安裝放置在可移動(dòng)（車輛、無(wú)人機(jī)等）搭載平臺(tái)上，能夠完成突發(fā)核事故的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。特別是機(jī)載核應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備，具備對(duì)核事故現(xiàn)場(chǎng)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和分析能力，可在第一時(shí)間代替人員進(jìn)入事故核心區(qū)域，快速獲取現(xiàn)場(chǎng)輻射劑量分布、劃定污染范圍、輔助搜尋可能散落的核部件核材料碎片。應(yīng)用該裝備能夠有效降低核應(yīng)急人員的損傷風(fēng)險(xiǎn)，提高核事故現(xiàn)場(chǎng)抵達(dá)能力［3］。

在2011年日本福島核事故處置過(guò)程中，日本政府就使用了美國(guó)微型無(wú)人機(jī)“T-Hawk”，用以替代人員監(jiān)測(cè)和分析核電站核燃料附近的輻射劑量水平。該無(wú)人機(jī)直徑約35cm，質(zhì)量為7.48kg，能夠以較高速度、固定高度、設(shè)定航線在大范圍內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間巡航測(cè)量和懸停測(cè)量，垂直起降可在45min內(nèi)飛行約3048m的距離。此外，其還能夠?qū)崟r(shí)傳輸探測(cè)數(shù)據(jù)，并可在GIS地理信息系統(tǒng)上標(biāo)繪放射性核素在近地表面的輻射劑量率，并具有視頻偵察、爆炸物處理、定位與識(shí)別簡(jiǎn)易危險(xiǎn)裝置等功能?！癟-Hawk”配設(shè)了一套燃料空氣自動(dòng)混合控制系統(tǒng)，稍加準(zhǔn)備調(diào)試便可飛行使用。

圖2　 “T-Hawk”微型無(wú)人機(jī)

1.3智能化核應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備

由于核事故所造成的強(qiáng)輻射環(huán)境，應(yīng)急人員有時(shí)無(wú)法直接進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。為了獲取核應(yīng)急狀態(tài)的輻射場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，需要采用智能化核應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備實(shí)現(xiàn)核事故的處理和救援。國(guó)外研發(fā)了不少核環(huán)境下履行應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)的機(jī)器人，并進(jìn)行了相關(guān)演示驗(yàn)證，取得了顯著的應(yīng)用成果。

例如，美國(guó)iRobot公司開發(fā)研制了PackBot系列機(jī)器人，通過(guò)對(duì)電子設(shè)備（如控制器、通信設(shè)備及線路）的抗輻射改造和防護(hù)技術(shù)改造，滿足強(qiáng)劑量環(huán)境防護(hù)工作要求。在2011年3月日本福島核電站核事故發(fā)生之后不久，美國(guó)便向日本派遣了iRobot公司的PackBot。PackBot是一種輕型機(jī)器人，質(zhì)量不超過(guò)30kg，其底座的體積基本與一個(gè)手提箱相當(dāng)。這種機(jī)器人可以在核事故現(xiàn)場(chǎng)的廢墟殘骸中自由穿梭行動(dòng)，并通過(guò)幾百米長(zhǎng)的光纖實(shí)時(shí)傳回現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括應(yīng)急輻射水平、現(xiàn)場(chǎng)氧含量、溫濕度以及化學(xué)危險(xiǎn)物質(zhì)含量等。

圖3　“iRobot”核應(yīng)急機(jī)器人

2.國(guó)內(nèi)部隊(duì)?wèi)?yīng)急監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)一直是部隊(duì)核事故應(yīng)急工作重要的組成部分。目前，軍隊(duì)相關(guān)單位結(jié)合自身核事故應(yīng)急處置基本任務(wù)和能力要求，陸續(xù)配備了一些應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備，初步具備了一般小型核事故的應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力。但是，由于多個(gè)方面的原因，總體裝備技術(shù)能力還相對(duì)較低，發(fā)展很不均衡，尚存在一些亟待解決的問題。首先，有些應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備還屬于上世紀(jì)六、七十年代配備定型的產(chǎn)品，技術(shù)水平和性能指標(biāo)較低，大都為手動(dòng)操作，儀器標(biāo)定、取樣、樣品處理、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和數(shù)據(jù)等工作，都需要由人工一步一步操作完成，使用程序繁瑣，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，儀器精度較低。例如，核事故現(xiàn)場(chǎng)α氣溶膠監(jiān)測(cè)儀需要在取樣幾天后，才能夠?qū)悠愤M(jìn)行測(cè)量分析，部隊(duì)難以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷核事故等級(jí)和嚴(yán)重程度。不少裝備服役時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備老化、性能裂變，無(wú)法承擔(dān)應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)；有些設(shè)備型號(hào)陳舊，已經(jīng)淘汰或停產(chǎn)，設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，無(wú)法找到產(chǎn)品供應(yīng)商進(jìn)行修理或維護(hù)，對(duì)于開展應(yīng)急行動(dòng)帶來(lái)了極大的負(fù)面影響。

此外，在核事故應(yīng)急行動(dòng)中，必須首先快速探明事故類型、影響范圍和污染程度，從而為指揮決策提供重要依據(jù)。這就要求配備實(shí)時(shí)的應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)、高效的輻射信息采集和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一方面能夠有性能優(yōu)良的核輻射探測(cè)儀，可以準(zhǔn)確獲取現(xiàn)場(chǎng)信息（如γ劑量率、α和β表面污染、中子劑量率、α氣溶膠空氣濃度、空氣中氚的濃度以及放射性核素種類等）；另一方面能夠有高效的信息傳輸系統(tǒng)，將單兵攜帶的監(jiān)測(cè)儀器或移動(dòng)平臺(tái)設(shè)備獲取的事故現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)傳送到后方高層指揮控制中心［4］。然而，現(xiàn)階段部隊(duì)配備的應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備還不具備這種能力，現(xiàn)場(chǎng)信息傳輸主要依靠應(yīng)急人員通過(guò)對(duì)講機(jī)報(bào)告情況，嚴(yán)重地制約了核事故應(yīng)急處置能力的提升。同時(shí)，在應(yīng)急監(jiān)測(cè)裝備無(wú)人化、小型化、智能化等方面，有關(guān)技術(shù)能力與國(guó)外相比，差距較為明顯，需要開展大量研究工作加以解決。

3.加強(qiáng)能力建設(shè)的幾點(diǎn)建議

雖然，核事故發(fā)生的幾率很小，但實(shí)際是很難杜絕，積極消除核事故隱患和做好事故應(yīng)急準(zhǔn)備，一直是國(guó)家和軍隊(duì)核應(yīng)急工作的重要內(nèi)容。針對(duì)目前部隊(duì)核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中存在的不足之處，重點(diǎn)提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)建議。

1）結(jié)合國(guó)外現(xiàn)階段高靈敏度、高分辨率核輻射監(jiān)測(cè)裝備研究技術(shù)成果，開展有針對(duì)性地開發(fā)改進(jìn)工作。根據(jù)部隊(duì)核事故發(fā)生的現(xiàn)實(shí)情況，結(jié)合放射性核素?cái)U(kuò)散泄漏的主要特點(diǎn)和規(guī)律，研制輕便化、性能穩(wěn)定可靠的探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)探測(cè)量程的大幅度拓寬，并逐步淘汰落后老化的儀器設(shè)備，使事故現(xiàn)場(chǎng)的操作程序明顯簡(jiǎn)化、分析測(cè)量時(shí)間有效縮短，提高測(cè)量的精度和準(zhǔn)確性。

2）開展核事故應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)集成化系統(tǒng)研究工作，將便攜式應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)儀、應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)車、信息傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心等單元進(jìn)行整合，使裝備集成化和小型化，實(shí)現(xiàn)武器單元的互聯(lián)互通。例如，可以為單兵增加改裝的通信單元，選配內(nèi)嵌式北斗和GPS等定位系統(tǒng)（天線內(nèi)置）或?yàn)橐延斜倍方K端預(yù)留通信接口，對(duì)單兵手持或背負(fù)設(shè)備增配網(wǎng)狀通信網(wǎng)卡。應(yīng)急人員通過(guò)隨身攜帶的核輻射監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信息采集和處理，網(wǎng)通信單元對(duì)采集信息進(jìn)行自動(dòng)收集，并將信息發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)通信車輛，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)有效［5］。

3）開展核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的改造升級(jí)工作。高效的信息傳輸系統(tǒng)是完成應(yīng)急任務(wù)的重要技術(shù)保障。由于部隊(duì)核事故的特殊性和巨大的破壞力，事故現(xiàn)場(chǎng)既有的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)極有可能遭受到嚴(yán)重破壞。因此，需要建立安全、穩(wěn)定、獨(dú)立、可靠的信息傳輸系統(tǒng)。在執(zhí)行應(yīng)急監(jiān)測(cè)行動(dòng)時(shí)，涉及到部隊(duì)軍事密級(jí)的重要信息只能通過(guò)專用的渠道進(jìn)行傳輸，從而保證了應(yīng)急監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)的安全。

4）開展核事故現(xiàn)場(chǎng)核應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)、應(yīng)急監(jiān)測(cè)智能機(jī)器人等關(guān)鍵技術(shù)的研究工作。結(jié)合部隊(duì)核事故的場(chǎng)景環(huán)境和危害特點(diǎn)，研制或配備相關(guān)智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備，使其能夠第一時(shí)間代替應(yīng)急人員進(jìn)入復(fù)雜事故現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)于人員和車輛無(wú)法抵達(dá)的區(qū)域?qū)嵤┖溯椛浔O(jiān)測(cè)和環(huán)境偵察。在減少輻射監(jiān)測(cè)行動(dòng)時(shí)間的同時(shí)，有效擴(kuò)展監(jiān)測(cè)的覆蓋空間和距離范圍，最大限度地保證應(yīng)急人員的安全。

4.結(jié)論

本文采用技術(shù)情報(bào)跟蹤調(diào)研的方法，重點(diǎn)了解國(guó)外先進(jìn)的核應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析研究最新技術(shù)的發(fā)展情況。同時(shí)，結(jié)合目前部隊(duì)核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的現(xiàn)狀和存在的不足，有針對(duì)性地提出改進(jìn)與提高的技術(shù)思路與具體方法。在后續(xù)研究中，將結(jié)合急需開展的裝備研制需求，深化方案論證與有關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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應(yīng)急監(jiān)測(cè)是核事故應(yīng)急工作的主要任務(wù)之一，其目的是為事故危害程度提供信息，輔助決策人員按照操作干預(yù)水平?jīng)Q定采取有效的防護(hù)行動(dòng)，從而控制放射性污染擴(kuò)散。本文采用技術(shù)情報(bào)跟蹤調(diào)研的方法，了解國(guó)外先進(jìn)的核應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)更新動(dòng)態(tài)和發(fā)展情況。同時(shí)，結(jié)合目前部隊(duì)核事故應(yīng)急輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀和不足，提出改進(jìn)的技術(shù)思路與方法。開展本項(xiàng)研究對(duì)于快速開展核應(yīng)急處置行動(dòng)、提高部隊(duì)核應(yīng)急能力具有一定程度的指導(dǎo)意義。

作者單位：火箭軍裝備研究院六所