放射性物質(zhì)個(gè)體自主安全智能

陽小華，曾鐵軍，萬亞平，劉征海，毛 宇，胡 杰

（1. 南華大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，衡陽 421001；2. 南華大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，衡陽 421001；3. 中核集團(tuán)高可信計(jì)算重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，衡陽 421001；）

放射性物質(zhì)或放射源是指任何含有放射性核素，且其活度濃度和總活度都超過規(guī)定值的物質(zhì)。放射性物質(zhì)具有放射性活度高、半衰期長(zhǎng)，達(dá)到一定劑量將致使人患放射病，甚至死亡。因此，放射性物質(zhì)的安全是關(guān)乎國計(jì)民生和社會(huì)穩(wěn)定的重要大事。廣泛意義的放射性物質(zhì)安全包括安保（security）與安全（safety）。放射性物質(zhì)的安全是指為了減小輻射照射對(duì)人產(chǎn)生損傷的可能性而采取的管理、技術(shù)措施。放射性物質(zhì)的安保（security）［1］是指為了防止對(duì)放射物質(zhì)的非法占有或非法行動(dòng)，確保對(duì)放射性物質(zhì)的有效控制而采取各種措施。本文中放射性物質(zhì)的安全其含義就是安保。

人防、物防、技防是安全防范的3個(gè)主要手段［2］，分別對(duì)應(yīng)核安保措施中的管理措施、物理措施和技術(shù)措施3類。

管理措施是用立法、標(biāo)準(zhǔn)、政策、程序來安全可靠地管理放射性物質(zhì)或源，包括存量盤點(diǎn)和記錄、現(xiàn)狀和事件報(bào)告制度等。

物理措施提供了一種對(duì)放射源、裝置或設(shè)施的實(shí)物屏障，用以隔離未經(jīng)授權(quán)的人員的接近或防止無意或未經(jīng)授權(quán)的接近和轉(zhuǎn)移放射源。物理措施通常包括硬件和安保裝置，如柵欄、圍墻、罐、運(yùn)輸容器，門的鎖和聯(lián)鎖，帶鎖的屏蔽容器，抗侵入的裝源裝置等。

技術(shù)措施是指利用現(xiàn)代信息技術(shù)的防護(hù)措施，如入侵探測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)等，是人防和物防的延伸。本文討論的安保措施主要是技術(shù)措施。

傳統(tǒng)的放射性物質(zhì)面臨的安全威脅是放射性物質(zhì)的丟失或被盜，主要來自地面上的人、車等。在現(xiàn)有放射性物質(zhì)安保措施下，放射性物質(zhì)丟失或被盜事故時(shí)有發(fā)生。2004 年，一家主要從事鍋爐壓力容器無損檢測(cè)工作的股份制公司的內(nèi)帶1 枚192Ir 銥－192 放射源的儲(chǔ)源器被盜，當(dāng)時(shí)總活度為2.26 TBq［3］。2014 年，南京江北某工廠丟失放射性源192Ir［4］，被定性為重大事故。此外，隨著無人機(jī)及小型潛航器技術(shù)的發(fā)展，安全威脅由地面向低空和水下拓展［5］，主要是：（1）低空空域各類飛行器（見圖1）發(fā)展迅速，使用者容易利用其從空中來竊取輕量級(jí)的放射性物質(zhì)，增大了空域的威脅；（2）近年來，以小型潛航器具、蛙人為代表的新型單人或無人潛航設(shè)備的發(fā)展，易被恐怖分子利用來竊取海路運(yùn)輸?shù)姆派湫晕镔|(zhì)，形成水域威脅。

圖1 無人機(jī)Fig.1 UAV

傳統(tǒng)的放射性物質(zhì)的安保措施主要是針對(duì)地面安全威脅來設(shè)計(jì)的，在新情況下容易出現(xiàn)安保漏洞。

以往放射性物質(zhì)安保主要是防止沒有獲得授權(quán)的人接近放射源而導(dǎo)致當(dāng)事人被照射，而全球恐怖主義勢(shì)力的存在，使放射性物質(zhì)安保還需防止對(duì)人或環(huán)境故意損害的核與輻射恐怖事件。據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）統(tǒng)計(jì)，全球每年發(fā)生的盜竊、丟失或未經(jīng)授權(quán)擁有核材料或其他放射性物質(zhì)事件多達(dá)100余起［6］。恐怖分子通過盜竊、走私、非法交易獲得放射性物質(zhì)，并將其制成“臟彈”或是制造成核武器襲擊核電站或核裝置。例如，2010 年11 月，格魯吉亞政府抓獲了試圖向伊斯蘭極端主義組織販賣濃度高達(dá)89.4%的濃縮鈾的2 名走私分子?？植婪肿右u擊并盜取放射性物質(zhì)，成為必須面對(duì)的嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)放射性物質(zhì)的安保提出了更高的要求。

面對(duì)當(dāng)前嚴(yán)重的放射性物質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)，探討應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新興技術(shù)提高放射性物質(zhì)的安保能力，使其能夠主動(dòng)應(yīng)對(duì)丟失、盜取等外部威脅，全面提高放射性物質(zhì)的安全性具有十分重大的意義。

1 放射性物質(zhì)安?，F(xiàn)狀

我國核工業(yè)發(fā)展以來，政府十分重視放射性物質(zhì)安全問題，多次指出核安全是國家安全組成部分，是核能發(fā)展的生命線。

放射性物質(zhì)一般都有較嚴(yán)格的安保措施，主要包括入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)［7～11］。

入侵報(bào)警系統(tǒng)的作用是通過各種探測(cè)器識(shí)別出敵對(duì)勢(shì)力的入侵并延遲或阻止入侵的行為。這些入侵探測(cè)器主要有：紅外微波探測(cè)器、靜電場(chǎng)探測(cè)器、光纖振動(dòng)探測(cè)器、收發(fā)分置合置微波探測(cè)器、張力鐵絲探測(cè)器、埋地電纜探測(cè)器、脈沖電子圍欄、麥克風(fēng)電纜振動(dòng)探測(cè)器等。通過這些探測(cè)器探知入侵者是否存在非法行為，并準(zhǔn)確定位入侵地點(diǎn)，為安?？刂浦行牡闹蛋嗳藛T提供信息。用于延遲或阻止入侵行為的技術(shù)措施有柵欄、圍墻、罐、運(yùn)輸容器、門的鎖和聯(lián)鎖、帶鎖的屏蔽容器、抗侵入的放射性物質(zhì)容器等。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)（見圖2）進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定位報(bào)警，包括防區(qū)各出入口視頻監(jiān)控、重要區(qū)域視頻監(jiān)控。利用視頻監(jiān)控拍攝的圖像，進(jìn)行圖像識(shí)別或者值班人員識(shí)別并確認(rèn)出是否有非法入侵行為，實(shí)現(xiàn)有效探測(cè)，從而保護(hù)放射性物質(zhì)的安全。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)Fig.2 Video monitoring system

出入口控制系統(tǒng)（見圖3）用于對(duì)進(jìn)出放射性物質(zhì)保護(hù)區(qū)域的人員和載有放射性物質(zhì)的車輛進(jìn)行統(tǒng)一授權(quán)管理，通過相關(guān)設(shè)備自動(dòng)識(shí)別個(gè)人生物特征、出入卡或密碼，繼而控制出入口的通行。

近年來，放射性物質(zhì)安防管理系統(tǒng)開始加入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)［12，13］，例如，采用RFID（無線射頻識(shí)別）、傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃畔⒓夹g(shù)。浙江大學(xué)針對(duì)放射源的異常泄漏、意外丟失和被盜等問題，研制了基于RFID/GPRS（通用分組無線服務(wù)技術(shù)）的放射源監(jiān)控系統(tǒng)［14］。其實(shí)時(shí)位置功能由GPS 無線定位模塊實(shí)現(xiàn)，放射源底部電子標(biāo)簽狀態(tài)信息由RFID 閱讀器讀取。位置與標(biāo)簽狀態(tài)信息通過GPRS無線傳輸方式發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。南華大學(xué)利用RFID 技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)來探索和建立一套先進(jìn)的放射源安全和防護(hù)電子標(biāo)簽管理和追蹤識(shí)別方案［15］。

圖3 出入口控制系統(tǒng)Fig.3 Entrance access control system

綜上所述，現(xiàn)有放射性物質(zhì)的安全完全依靠外部系統(tǒng)，猶如無任何安全意識(shí)的小嬰兒，既不能感知面臨的危險(xiǎn)，也不具備基本應(yīng)對(duì)能力。當(dāng)外在安全系統(tǒng)由于各種原因而失效時(shí)，則放射性物質(zhì)的安全無法得到保證。另外，當(dāng)新的安全威脅出現(xiàn)時(shí)，例如，來自低空和水域的安全威脅，外在安全系統(tǒng)不得不被動(dòng)升級(jí)，從而帶來成本和實(shí)效性的巨大壓力。為了解決上述問題，本文提出放射性物質(zhì)個(gè)體自主安全智能的概念，賦予放射性物質(zhì)感知面臨的危險(xiǎn)的能力和基本應(yīng)對(duì)能力。

2 放射性物質(zhì)個(gè)體自主安全智能

定義1：由于放射性物質(zhì)在運(yùn)輸、使用、儲(chǔ)存等階段都處于特定的包裝容器之中，放射性物質(zhì)的安全就是其包裝容器安全。因此，如果容器具有感知和應(yīng)對(duì)未經(jīng)授權(quán)的接近和獲取放射性物質(zhì)等危險(xiǎn)的基本能力，則稱放射性物質(zhì)具備了個(gè)體自主安全智能（以下簡(jiǎn)稱安全智能）。

以放射性廢物為例，其從產(chǎn)生到處置，一般需要經(jīng)過處理、運(yùn)輸、儲(chǔ)存幾個(gè)階段，處理主要是對(duì)廢物進(jìn)行焚燒、壓縮、去污、固化或固定等。而在運(yùn)輸、儲(chǔ)存階段，放射性廢物都處于密閉的放射性廢物桶之中（見圖4），因此，放射性廢物的安全就是廢物桶的安全。如果在放射性廢物桶上加裝智能電子設(shè)備，使其能夠探測(cè)外來人員的非法接近并通過聲光報(bào)警，則放射性廢物就具備一定的安全智能。

圖4 廢物容器（桶）Fig.4 Waste containers

不同于入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)等外在安全系統(tǒng)，安全智能是放射性物質(zhì)的內(nèi)在安全系統(tǒng)，具有獨(dú)立的自我安保能力。

如果把放射性物質(zhì)的安全性理解為其擁有的整體安保能力，那么安全智能與外在安全系統(tǒng)的組合可以為放射性物質(zhì)提供內(nèi)在和外在2個(gè)方面的安全保障，從而極大地提高放射性物質(zhì)的安全性。

為了方便討論，把安全系統(tǒng)的安保能力簡(jiǎn)化為系統(tǒng)可用度A（A=系統(tǒng)平均無故障時(shí)間除以系統(tǒng)平均無故障時(shí)間和故障平均維修時(shí)間之和），系統(tǒng)不可用度為Aˉ=1-A。由于安全智能與外在安全系統(tǒng)是完全獨(dú)立的，因此，二者可以認(rèn)為是并聯(lián)系統(tǒng)。只有在外部安全系統(tǒng)和自身安保能力同時(shí)失效時(shí)才能喪失安保能力，所以，總的不可用度應(yīng)為二者乘積，即總不可用度。二者并聯(lián)后總的系統(tǒng)可用度

例如，某安全監(jiān)控系統(tǒng)［16］主要由電源、前端設(shè)備（如傳感器、攝像頭等器件）、數(shù)據(jù)交換設(shè)備（組網(wǎng)用）及服務(wù)器等部分組成。當(dāng)電源、前端設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備及服務(wù)器4部分的故 障 率 分 別 為：0.01383 次/a、0.7076 次/a、0.0902 次/a、0.0440 次/a 時(shí)，系統(tǒng)總故障率為0.8556 次/a，計(jì)算獲得系統(tǒng)可用度Aw可達(dá)99.77%，不可用度為2.3478×10-3，數(shù)量級(jí)在10-3。

放射性物質(zhì)安全智能的實(shí)現(xiàn)可以采用外在安全監(jiān)控的相關(guān)技術(shù)，其系統(tǒng)不可用度可達(dá)到外在安全系統(tǒng)的同一數(shù)量級(jí)10-3。因此，安全智能與外在安全系統(tǒng)組合后，總不可用度=，數(shù)量級(jí)在10-6，放射性物質(zhì)的安全性將達(dá)到0.999999。

3 具有個(gè)體自主安全智能的放射性物質(zhì)安保級(jí)別劃分

國際原子能機(jī)構(gòu)的報(bào)告《放射源安保》（IAEA-TECDOC-1355）［17］依 據(jù)《放 射 源 分類》［18］對(duì)各種類型的放射源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，按照其風(fēng)險(xiǎn)水平把所要采取的安保措施分為4 個(gè)級(jí)別。放射源分類見表1。

安保級(jí)別可以用安保措施的執(zhí)行目標(biāo)來表述。由于采用的措施很廣泛，可用阻礙、探測(cè)和延遲未經(jīng)授權(quán)的接近或者獲取放射源的能力來描述它們。

4個(gè)安保級(jí)別的安保措施的執(zhí)行目標(biāo)見表2。

分析表2所列安保措施的執(zhí)行目標(biāo)，可以得到如下結(jié)論：

D級(jí)安保只需要采取存量盤點(diǎn)和記錄、現(xiàn)狀和事件報(bào)告制度等管理措施；

表1 放射性物質(zhì)分類及對(duì)應(yīng)的安保級(jí)別Table 1 Radioactive substance classification and the corresponding security levels

表2 安保級(jí)別的執(zhí)行目標(biāo)Table 2 Execution targets at different security levels

C 級(jí)安保在D 級(jí)基礎(chǔ)上，增加了對(duì)“阻止”能力的要求，可通過提供實(shí)物屏障的物理措施；

B級(jí)安保在C級(jí)基礎(chǔ)上，主要是增加了對(duì)及時(shí)“探測(cè)”能力的要求，可以采用入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等技術(shù)措施；

A 級(jí)安保在B 級(jí)基礎(chǔ)上，增加了“能夠延遲”和“作出反應(yīng)”兩個(gè)條件，即“能夠延遲未經(jīng)授權(quán)的人獲取放射源的時(shí)間，直到對(duì)此作出反應(yīng)”，因而需要更強(qiáng)的技術(shù)措施來阻止未經(jīng)授權(quán)的人獲取放射性物質(zhì)。

在《放射源安?！穲?bào)告中，有一個(gè)隱含的假設(shè)：安保措施的保護(hù)對(duì)象都是沒有任何安全智能的物質(zhì)，是純粹的客體，其安全只能由外在的安全系統(tǒng)來保障。而對(duì)于具有自主安全智能的放射性物質(zhì)而言，其安全性是由外在系統(tǒng)的安保能力和內(nèi)在安保能力的組合來實(shí)現(xiàn)的。

借鑒《放射源安?！穼?duì)安保措施的執(zhí)行目標(biāo)的分類，放射性物質(zhì)的自主安全智能可分為如下兩個(gè)安全等級(jí)：

Ⅰ級(jí)個(gè)體安全智能：能夠及時(shí)探測(cè)到未經(jīng)授權(quán)的人接近和獲取放射源的行為并報(bào)警，提示相關(guān)的人或系統(tǒng)作出反應(yīng)。

Ⅱ級(jí)個(gè)體安全智能：Ⅰ級(jí)個(gè)體安全智能加上“能夠延遲未經(jīng)授權(quán)的人獲取放射源，直到可能對(duì)此作出反應(yīng)”。

為了表述一致，把沒有任何安全智能的放射性物質(zhì)稱為具有零級(jí)安全智能。

以小孩類比，零級(jí)安全智能的小孩就是一個(gè)沒有任何自主安全意識(shí)的嬰兒，其安全性只能靠父母或其他人來保障；Ⅰ級(jí)安全智能的小孩已經(jīng)具有基本安全意識(shí)和能力，當(dāng)遇到安全威脅時(shí)，能夠通過哭鬧或者語言來尋求大人的保護(hù)；Ⅱ級(jí)個(gè)體安全智能的小孩還可以在哭鬧的同時(shí)，以各種反抗行為來主動(dòng)抵御安全威脅。

放射性物質(zhì)的自主安全智能和外在安全系統(tǒng)組合，可以得到更高的安保等級(jí)，見表3。

表3 具有安全智能的放射性物質(zhì)安保級(jí)別Table 3 Security levels of radioactive substances with individual self-security intelligence

因?yàn)榉派湫晕镔|(zhì)自主安全智能和外部安全系統(tǒng)都是以提高放射性物質(zhì)的安保能力為目標(biāo)，各自不同的安全等級(jí)劃分的原則都是以各自安保能力的執(zhí)行目標(biāo)為依據(jù)。某一特定的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，既可以有外部安全系統(tǒng)的安保等級(jí)單獨(dú)與之對(duì)應(yīng)，也可以有放射性物質(zhì)自主安全智能等級(jí)單獨(dú)與之對(duì)應(yīng)。當(dāng)放射性物質(zhì)同時(shí)具備外部安全系統(tǒng)和自主安全智能時(shí)，則可以由相對(duì)較低的安全等級(jí)組合來對(duì)應(yīng)。例如，C級(jí)外部安保加上Ⅱ級(jí)個(gè)體自主安全智能可以相當(dāng)于B級(jí)安保，若加上Ⅰ級(jí)個(gè)體安全智能則可以等同于A級(jí)安保。這樣，在進(jìn)行放射性物質(zhì)安保能力設(shè)計(jì)時(shí)，就可以有多個(gè)安保等級(jí)可供選擇；同時(shí)，相比之前僅有外部安全系統(tǒng)，IIA、IA可以比原有的A級(jí)安保提供更高的安保水平。

4 結(jié)語

本文介紹了放射性物質(zhì)面臨的各種安全風(fēng)險(xiǎn)，分析了傳統(tǒng)安保技術(shù)存在的不足，提出了放射性物質(zhì)個(gè)體自主安全智能的概念，建立了外在安全系統(tǒng)能力與內(nèi)在安全智能相結(jié)合的放射性物質(zhì)安保能力級(jí)別新體系。

下一步擬從3個(gè)方面開展工作：（1）針對(duì)放射性物質(zhì)使用、監(jiān)管單位的實(shí)際需求，研究個(gè)體自主安全智能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，研發(fā)樣機(jī)和產(chǎn)品；（2）把個(gè)體自主安全智能的概念擴(kuò)展為群體自主安全智能，研究放射性物質(zhì)如何通過相互協(xié)作來提高群體安全性；（3）研究如何針對(duì)具有內(nèi)在安全智能的放射性物質(zhì)來設(shè)計(jì)新型的外在安全系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外安保能力的有機(jī)融合，從整體上提高放射性物質(zhì)的安全性。