核安保事件輻射監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

劉厚東，鄒樹梁*

（1.南華大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 衡陽421001；2.核設(shè)施應(yīng)急安全作業(yè)技術(shù)與裝備湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 衡陽421001）

1 研究背景

核能事業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展離不開核安保?？偨Y(jié)國內(nèi)國外核電及核電安全技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步展望核安保事件發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)有利于我國把握核安保事件關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)重心，切實(shí)解決我國核安保事件技術(shù)重要需求和關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題。

1.1 國際核安保發(fā)展現(xiàn)狀概述

IAEA提出，全球核安保體系是由世界各國共同合作并增強(qiáng)戰(zhàn)略共識(shí)、建設(shè)共同平臺(tái)構(gòu)成的?，F(xiàn)階段，該體系由四個(gè)重要元素構(gòu)成，且IAEA列出了的核和輻射反恐、防恐核安保領(lǐng)域具有法律約束力與非約束力的國際立法手段有制止核恐怖主義行為國際公約（ICSANT）、核材料實(shí)物保護(hù)公約（CPPNM）；聯(lián)合國安理會(huì)決議1373（2001）與1540（2004）；核材料與核設(shè)施實(shí)物保護(hù)；行為準(zhǔn)則以及放射源進(jìn)出口增補(bǔ)導(dǎo)則等。

1.2 國內(nèi)核安保發(fā)展現(xiàn)狀概述

在我國，核安保從屬于公共安全體系。我國政府采取的強(qiáng)有力措施有：加強(qiáng)涉核設(shè)施的保護(hù)并且對(duì)放射性材料施以強(qiáng)有力的監(jiān)管措施。我們還建立了以防止核擴(kuò)散與實(shí)現(xiàn)核安保的管制進(jìn)出口機(jī)制，在管理層面，對(duì)相關(guān)執(zhí)法從業(yè)人員進(jìn)行知識(shí)培訓(xùn)，加強(qiáng)執(zhí)法力度?？梢钥吹剑税脖C(jī)制與管理措施正在我國逐步成型。

1989年，我國頒發(fā)了《放射性同位素和射線裝置放射防護(hù)條例》，而進(jìn)入21世紀(jì)后又相繼出臺(tái)了《中華人民共和國放射性污染防治法》《放射源編碼規(guī)則》《放射源進(jìn)出口許可證辦理要求》等文件與規(guī)章制度。這些制度的制定為我們加強(qiáng)放射源方面的管理提供了制度保障。同時(shí)，環(huán)保部也在相關(guān)問題上進(jìn)行了全面的規(guī)劃；比如，將我國現(xiàn)有的25個(gè)城市放射廢物庫作為基礎(chǔ)，對(duì)全國范圍內(nèi)的廢物庫進(jìn)行了摸底排查，推進(jìn)了放射性源頭的統(tǒng)一管理。我國海關(guān)也開始采用最新的探測技術(shù)與管理手法，以更大的力度對(duì)放射源的違規(guī)進(jìn)出口進(jìn)行執(zhí)法檢查。在此方面付出巨大努力的不止我們的執(zhí)法部門與政府機(jī)構(gòu)，我國的軍控智庫、各類研究所與企業(yè)，也在相關(guān)目標(biāo)上積極響應(yīng)國家精神，努力提升對(duì)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的開發(fā)、管理的加強(qiáng)，特別是為了防止恐怖分子對(duì)放射源的覬覦，我國計(jì)劃用五年的時(shí)間，將境內(nèi)的放射源總體情況進(jìn)行摸排、梳理，努力建立健全的安保機(jī)制、對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在與其他國家交流合作的基礎(chǔ)上，提升我國對(duì)于核安全監(jiān)管水平。

1.3 我國核安?，F(xiàn)狀概述

我國已建立了較為完善的核安保事件組織體系和法律體系，目前仍密切跟蹤國際最新安全要求完善體系建設(shè);核安保事件技術(shù)與裝備研究方面，我國仍處于起步階段，尚缺乏較為成熟的核安保事件技術(shù)和完備的裝備。核安保事件同其他災(zāi)害事故一樣，具有發(fā)生時(shí)間上的突然性，并且有影響范圍廣、涉及人數(shù)多、作用時(shí)間長的特點(diǎn)，特別是核安保事件對(duì)社會(huì)和人們心理的影響極大。然而，目前我國對(duì)放射源的管理、運(yùn)輸、使用以及存儲(chǔ)仍舊存在諸多薄弱環(huán)節(jié)。截止到2018年，我國現(xiàn)有各類放射源數(shù)量達(dá)到8萬枚，其中廢源數(shù)量達(dá)到2.4萬枚，超過2000枚無有效監(jiān)管被稱為“孤兒源”。綜上，建立和完善核安保輻射監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。

2 輻射監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

環(huán)境污染問題一直是我國一個(gè)不可忽視的問題，環(huán)境污染帶給我們的巨大后果是需要數(shù)十年甚至幾代人的時(shí)間才能完全消除。我們?cè)谡J(rèn)識(shí)到環(huán)境污染帶來的巨大危害后，要舉一反三地認(rèn)識(shí)到輻射環(huán)境監(jiān)測是更為重要的檢測手段，放射性污染可能帶來的危害遠(yuǎn)比普通化學(xué)污染帶來的危害更為持久和致命。為了減少核事故帶來的公共財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)影響，必須將建設(shè)科學(xué)且完整的輻射監(jiān)測系統(tǒng)提上日程。輻射監(jiān)測系統(tǒng)是通過輻射探測器（如電離室、碘化鈉、半導(dǎo)體等為材質(zhì)制作成的探頭）將不同監(jiān)測對(duì)象（固、液、氣）的放射性粒子α、β、γ和X射線轉(zhuǎn)化為可測量的電信號(hào)，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為直觀可視的數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)放射性物質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測的系統(tǒng)。

2.1 區(qū)域輻射監(jiān)測

區(qū)域輻射監(jiān)測系統(tǒng)由γ劑量率監(jiān)測、氣載放射性活度監(jiān)測、中子劑量當(dāng)量率監(jiān)測等監(jiān)測通道組成。各監(jiān)測通道由探測器、數(shù)據(jù)就地處理單元等主要設(shè)備組成，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，設(shè)備發(fā)出警報(bào)。

監(jiān)測站點(diǎn)具有防風(fēng)、防雨、防雷、保溫、隔熱等功能。滿足在核安保事件發(fā)生時(shí)，開關(guān)電源、蓄電池和起動(dòng)設(shè)備長期運(yùn)行的條件和無人值守的要求，以應(yīng)對(duì)極端天氣和惡劣的戶外環(huán)境，空氣探測器在線檢測輻射信號(hào)，并發(fā)出不同的警戒級(jí)別，探測系統(tǒng)在檢測所屬安全區(qū)的過程中，大氣探頭一旦檢測到表面放射性污染超過閾值，就會(huì)立即報(bào)警或發(fā)出報(bào)警信號(hào)，便于相關(guān)部門及時(shí)采取措施應(yīng)對(duì)。監(jiān)測層次如圖1所示。

圖1 監(jiān)測層次示意圖

2.2 環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)信息化結(jié)構(gòu)

環(huán)境在線監(jiān)測站點(diǎn)設(shè)有碳監(jiān)測儀、氣體采樣器、氣溶膠采樣器、氚氣采樣器、高流量氣溶膠采樣器、溴化鑭伽馬能譜儀、氣象觀測儀器等。通過硬件升級(jí)、核儀器轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集平臺(tái)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)信息采集、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和測量的數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)輻射監(jiān)測儀器在無人值守情況下的連續(xù)在線監(jiān)測。同時(shí)監(jiān)控狀態(tài)信息、空調(diào)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、供電裝置、光開關(guān)、無線通信模塊狀態(tài)信息，通過通信或硬接線系統(tǒng)接入現(xiàn)場，進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能控制調(diào)節(jié)，確保所有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定和網(wǎng)絡(luò)安全。完整的環(huán)境監(jiān)測站信息系統(tǒng)由4個(gè)主要部分組成，如圖2所示。

圖2 監(jiān)測信息系統(tǒng)主要部分框圖

2.3 就地輻射處理單元

就地輻射處理單元（如圖3所示）作為通用二次儀表，其主要功能包括與粒子探測器的連接、探測電源和通過RS485總線的探測器數(shù)據(jù)、顯示輻射輸出測量和報(bào)警信息、存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)和異常事件以及外部模擬/數(shù)字輸入/輸出、RS485數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)通信等。硬件電路主要基于核心微控制器、SDRAM、液晶顯示器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、存儲(chǔ)器、RS485通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)字i/o電路、模擬i/o電路等外圍電路。如圖4所示。

圖3 就地輻射處理單元框圖

圖4 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

就地輻射處理單元軟件，采用分層架構(gòu)模型，分為驅(qū)動(dòng)層、中間層、應(yīng)用層。通過分層架構(gòu)，將軟件功能與底層硬件接口進(jìn)行隔離，便于軟件更新、維護(hù)等。圖5為軟件架構(gòu)框圖。

3 結(jié)束語

及時(shí)發(fā)現(xiàn)核安保事件對(duì)減輕災(zāi)害性后果尤為重要，就地輻射處理單元在收集信息后立即自處理，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超過設(shè)定閾值就會(huì)立即報(bào)警，極大地節(jié)約了信息處理時(shí)間。同時(shí)監(jiān)測站點(diǎn)內(nèi)的其他系統(tǒng)也能為核電站的安保提供保障，本文在理論上提出了使用就地輻射處理單元優(yōu)化核電站安保的設(shè)計(jì)方案，但并未作出具體的布點(diǎn)設(shè)計(jì)。

圖5 軟件架構(gòu)框圖