一種新型智能電子劑量監(jiān)測終端的研制

劉紅旗

摘 要：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，核電站控制區(qū)出入管理流程正朝著智能化和自動(dòng)化的方向演變。目前，核電廠設(shè)計(jì)中，控制區(qū)出入放射性監(jiān)測系統(tǒng)存在不能自動(dòng)化控制、攜帶不方便、不能遠(yuǎn)程控制等缺點(diǎn)。通過一種新型智能電子劑量監(jiān)測終端的研制，改進(jìn)控制區(qū)出入放射性監(jiān)測的設(shè)計(jì)理念，自動(dòng)化、智能化的設(shè)計(jì)理念帶來了無人值守等先進(jìn)的管理流程，使得控制區(qū)出入放射性監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能;電子劑量;核電站控制區(qū);監(jiān)測終端

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）01-056-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.025

1 背景

控制區(qū)出入放射性監(jiān)測系統(tǒng)，分為個(gè)人電子劑量監(jiān)測系統(tǒng)和個(gè)人熱釋光劑量監(jiān)測系統(tǒng)，是核電廠輻射防護(hù)與劑量監(jiān)測的主要系統(tǒng)之一[1]。該系統(tǒng)的主要功能是控制放射性污染物的擴(kuò)散，保護(hù)核電站工作人員的安全[2]。而電子劑量終端（或稱電子劑量計(jì)）又是該系統(tǒng)的核心設(shè)備之一[3]。由于現(xiàn)有的電子劑量監(jiān)測終端功能單一，造成工作流程有不足之處，新型智能電子劑量檢測終端的研制勢在必行。

現(xiàn)有的控制區(qū)出入放射性監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中，工作人員需要按照性別分別進(jìn)入控制區(qū)出入口的男女通道，執(zhí)行一系列控制程序后方可進(jìn)入放射性控制區(qū)工作[4]。

核電站控制區(qū)分為男女兩個(gè)通道。以男通道為例，工作人員需要攜帶本人的實(shí)物保護(hù)卡，簡稱ID卡，并提前拿到進(jìn)入控制區(qū)的輻射工作許可證（簡稱IP卡），方可進(jìn)入控制區(qū)出入口（以下將控制區(qū)出入口簡稱衛(wèi)生通道）。在更衣室脫下家庭服以后，攜帶更衣柜鑰匙、ID卡，到輻射劑量值班室的值班窗口處辦理進(jìn)入手續(xù)。輻射防護(hù)人員在收到鑰匙和ID卡后，讀取ID卡獲取人員電子信息，在辦公系統(tǒng)中驗(yàn)證IP卡的有效性，發(fā)放綁定該人員信息的個(gè)人電子劑量計(jì)（該電子劑量計(jì)為公用，故需現(xiàn)場綁定）、個(gè)人熱釋光劑量計(jì)、返還ID卡給工作人員，留存鑰匙。工作人員在收到上述物品后，穿上核電站工作服，將電子劑量計(jì)和熱釋光劑量計(jì)佩戴在工作服的專用區(qū)域。在控制區(qū)入口三角閘門聯(lián)動(dòng)的讀出器上讀取綁定本人信息的電子劑量計(jì)后，進(jìn)入控制區(qū)工作。

在控制區(qū)內(nèi)，工作人員需要在限定區(qū)域內(nèi)工作。當(dāng)需要進(jìn)入某個(gè)特定區(qū)域時(shí)，需要讀取相應(yīng)權(quán)限的ID卡。工作人員在控制區(qū)內(nèi)工作時(shí)，與值班室處于“失聯(lián)”狀態(tài)。輻射防護(hù)人員無法獲取工作人員的狀態(tài)信息，也無法與工作人員取得隨時(shí)聯(lián)系。如果工作人員需要臨時(shí)進(jìn)入某個(gè)區(qū)域工作，需要退出控制區(qū)重新按上述流程進(jìn)入。

出控制區(qū)時(shí)，工作人員需要接受放射性檢測后方可離開。首先，接受全身表面污染C1門監(jiān)測，合格后脫下工作服，手拿ID卡、電子劑量計(jì)、熱釋光劑量計(jì)，憑電子劑量計(jì)打開全身表面污染C2門，監(jiān)測合格后將電子劑量計(jì)、熱釋光劑量計(jì)退還給輻射防護(hù)人員，領(lǐng)回家庭服衣柜鑰匙，穿上家庭服，離開控制區(qū)。

現(xiàn)有工作流程存在較多可改進(jìn)之處。首先，流程控制為有人值守模式，流程控制主要靠輻射防護(hù)人員進(jìn)行，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作;其次，工作人員需要佩戴的設(shè)備較多，如熱釋光劑量計(jì)、電子劑量計(jì)、ID卡等，在進(jìn)入衛(wèi)生通道時(shí)需要多次穿脫衣物，佩戴和操作不便;最后，工作人員在控制區(qū)內(nèi)的狀態(tài)不受控制，不能及時(shí)與輻射防護(hù)人員取得聯(lián)系、獲得技術(shù)支持，如果需要臨時(shí)進(jìn)入某個(gè)區(qū)域工作，輻射防護(hù)人員不能遠(yuǎn)程及時(shí)處理等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有核電站控制區(qū)出入放射性監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不能自動(dòng)化控制、攜帶不方便、不能遠(yuǎn)程控制等缺點(diǎn)，現(xiàn)通過一種新型智能電子劑量監(jiān)測終端的研制，提供一種核電站控制區(qū)出入放射性監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，流程圖如圖1所示。

首先，人員進(jìn)出放射性控制區(qū)流程控制為無人值守模式，流程控制依托工作人員手持智能終端進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作;其次，工作人員需要佩戴的設(shè)備集成在智能終端上，操作簡便，可將終端用于語音通信，提高了工作效率;最后，工作人員在控制區(qū)內(nèi)的狀態(tài)受到遠(yuǎn)程控制，出現(xiàn)問題時(shí)可及時(shí)與輻射防護(hù)人員取得聯(lián)系和技術(shù)支持。如果需要臨時(shí)進(jìn)入某個(gè)區(qū)域工作，僅需進(jìn)行簡單操作即可完成申請，簡單便捷。

衛(wèi)生通道內(nèi)布置有更衣間和劑量管理間，衛(wèi)生通道外布置有非放射性工作區(qū)，衛(wèi)生通道通往放射性控制區(qū);所述的更衣間布置在衛(wèi)生通道內(nèi)最先進(jìn)入的區(qū)域，所述的劑量管理間布置在更衣間后，且在非放射性工作區(qū)與放射性控制區(qū)的邊界處;所述的更衣間內(nèi)設(shè)置有自助衣柜，所述的劑量管理間內(nèi)設(shè)置有自助值班機(jī)，所述的自助衣柜與自助值班機(jī)上均帶有讀卡區(qū)，連接在通用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上，與核電站服務(wù)器系統(tǒng)互聯(lián)。

工作人員進(jìn)入更衣間前，需配置專用的個(gè)人劑量智能終端，工作人員綁定個(gè)人信息并激活該終端后方可使用。在進(jìn)出衛(wèi)生通道或在控制區(qū)及非控制區(qū)工作時(shí)，需始終攜帶該終端。

智能電子劑量終端有觸摸顯示屏、語音模塊、人物頭像識(shí)別模塊、熱釋光劑量計(jì)放置區(qū)、NFC感應(yīng)區(qū)，熱釋光劑量計(jì)放置區(qū)用于放置帶有條形碼的個(gè)人熱釋光劑量計(jì)。

進(jìn)入衛(wèi)生通道時(shí)，工作人員手持個(gè)人劑量智能終端進(jìn)入更衣間，在自助衣柜的讀卡區(qū)掃描智能終端上的NFC感應(yīng)區(qū)。打開衣柜，脫下所穿的家庭服存放，換上工作服，工作服上預(yù)留有終端的專用存放口袋。

如果不需要進(jìn)入放射性控制區(qū)工作，可直接進(jìn)入非控制區(qū)。

如果需要進(jìn)入放射性控制區(qū)工作，應(yīng)在進(jìn)入衛(wèi)生通道前，從核電站服務(wù)器系統(tǒng)上取得IP證;工作人員手持個(gè)人劑量智能終端進(jìn)入劑量管理間，在自助值班機(jī)的讀卡區(qū)掃描智能終端上的NFC感應(yīng)區(qū)，刷個(gè)人熱釋光劑量計(jì)上的條形碼，并使用虹膜識(shí)別確定工作人員的身份;自助值班機(jī)確認(rèn)工作人員身份、已取得的IP證，并已經(jīng)在更衣間穿著工作服，則允許該工作人員進(jìn)入。

如果需要進(jìn)入授權(quán)才能進(jìn)入的放射性控制區(qū)工作，則需要使用智能終端在入口門禁的讀卡區(qū)掃描NFC感應(yīng)區(qū)，并使用人物頭像識(shí)別模塊進(jìn)行頭像識(shí)別，確定工作人員的身份;如果允許進(jìn)入，則門禁打開，可進(jìn)入控制區(qū)操作間工作。

如果臨時(shí)需要進(jìn)入原來未申請進(jìn)入的另一控制區(qū)操作間工作，則需要使用語音模塊與輻射防護(hù)值班室的值班人員取得聯(lián)系，口頭報(bào)備;之后使用終端在另一控制區(qū)操作間門禁入口的讀卡區(qū)掃描終端上的NFC感應(yīng)區(qū)，并使用人物頭像識(shí)別模塊進(jìn)行頭像識(shí)別，確定工作人員的身份;遠(yuǎn)程的輻射防護(hù)值班人員審核通過后，手動(dòng)按鈕確認(rèn)允許進(jìn)入，門禁打開，工作人員可進(jìn)入另一控制區(qū)操作間工作。

出控制區(qū)時(shí)，工作人員經(jīng)過全身表面污染監(jiān)測C1門、小物品放射性表面污染監(jiān)測后，脫下工作服;憑借終端掃描NFC感應(yīng)區(qū)打開C2門，監(jiān)測全身表面污染后，個(gè)人電子劑量信息自動(dòng)上傳至個(gè)人劑量服務(wù)器;個(gè)人熱釋光劑量每個(gè)特定周期集中上繳測量一次;之后到更衣室，憑借終端掃描NFC感應(yīng)區(qū)打開所在的衣柜，換回工作服，離開控制區(qū)。

上述流程中，工作人員可隨時(shí)通過終端觸摸顯示屏了解下一步的操作步驟，接受流程指引;在此過程中，也可通過終端隨時(shí)與值班人員取得聯(lián)系。

3 智能電子劑量終端

智能電子劑量終端是核心設(shè)備，智能終端為長方體。

正面主體為觸摸顯示屏，觸摸顯示屏的下部設(shè)有虛擬操作鍵，包括返回鍵、確認(rèn)鍵和菜單鍵。

在智能終端的下方設(shè)有語音模塊，用于工作人員實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程輻射防護(hù)值班人員的實(shí)時(shí)通話。

在智能終端的上方設(shè)有前置人物頭像識(shí)別模塊，用于識(shí)別工作人員身份，并實(shí)時(shí)發(fā)送至服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證。

在智能終端背面設(shè)有熱釋光劑量計(jì)放置區(qū)，是一個(gè)物理留空的區(qū)域，用于放置個(gè)人熱釋光劑量計(jì)。

NFC感應(yīng)區(qū)，用于智能終端與各設(shè)備之間的信息交互，支持I2C、SPI和高速UART，支持RFID讀寫，與同行的P2P通信。

掃描攝像模塊，用于現(xiàn)場記錄與取證，具備光學(xué)防抖功能。

電子劑量計(jì)模塊，用于測量工作人員的外照射計(jì)量，采用半導(dǎo)體探測器模塊作為探測器。

數(shù)據(jù)處理模塊，用于數(shù)據(jù)處理及控制，采用類似智能Android手機(jī)的定制設(shè)計(jì)，在操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行定制，兼容上述操作流程。

供電模塊，用于對(duì)智能終端各部件進(jìn)行供電。

在智能終端側(cè)面設(shè)有操作按鈕，包括確認(rèn)鍵B、選擇鍵A和選擇鍵B;選擇鍵A、選擇鍵B的功能為菜單選擇、上下調(diào)節(jié)、語音調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)置;確認(rèn)鍵B，用來確認(rèn)選擇或關(guān)閉屏幕。

熱釋光劑量計(jì)背后設(shè)有唯一的條形碼，方便后期測量使用，也是進(jìn)出控制區(qū)的要素之一。

人物頭像識(shí)別模塊為傳感器相機(jī)，可在較暗的環(huán)境下對(duì)工作人員的面部特征進(jìn)行驗(yàn)證。

語音模塊包括語音控制芯片、控制電路、外放放大器、接聽接口、麥克風(fēng)接口、耳機(jī)接口。

4 結(jié)語

綜上，基于自動(dòng)化、智能化的設(shè)計(jì)理念，通過新型智能電子劑量監(jiān)測終端的研制，解決了現(xiàn)有核電站控制區(qū)出入放射性監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能自動(dòng)化控制、攜帶不方便、不能遠(yuǎn)程控制等缺點(diǎn)，為核電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了新的思路。新型智能電子劑量監(jiān)測終端彌補(bǔ)了流程上的不足之處，具有良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 凌球，郭蘭英.核電站輻射測量技術(shù)[M].北京：原子能出版社，2001.

[2] GB 18871-2002，電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[3] 汲長松.核輻射探測器及其實(shí)驗(yàn)技術(shù)手冊[M].北京：原子能出版社，2010.

[4] 凌球，郭蘭英.核輻射探測[M].北京：原子能出版社，2002.