放射性在線監(jiān)管系統(tǒng)

2023-02-13 20:54:45 admin

本文從我國放射性廢物庫管理現(xiàn)狀入手，指出了放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)目標(biāo)及原則。根據(jù)廢物庫管理的實(shí)際情況，依據(jù)放射性廢物庫監(jiān)測的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究并設(shè)計(jì)了一套切實(shí)可行的放射性廢物庫監(jiān)測管理方案。詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、性能要求和關(guān)鍵技術(shù)，并列舉了部分主要檢測設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)。在放射性廢物庫監(jiān)控管理領(lǐng)域具有很重要的參考價(jià)值。

1、放射性廢物庫監(jiān)控管理現(xiàn)狀

　　我國的原子能事業(yè)起步于上世紀(jì)五十年代中期，在鞏固國防和維護(hù)世界和平方面起到了極其重要的作用，現(xiàn)在原子能事業(yè)轉(zhuǎn)向?yàn)閲窠?jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，以放射性同位素與核輻射技術(shù)為代表的核技術(shù)，在我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、衛(wèi)生、地質(zhì)勘探和科學(xué)研究等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)導(dǎo)致我國產(chǎn)生了不少放射性廢物。政府制訂出相關(guān)放射性廢物處置政策、法規(guī)，各地建立不同規(guī)模的放射性廢物庫，負(fù)責(zé)收貯和暫存各行業(yè)核技術(shù)應(yīng)用中產(chǎn)生的放射性廢物和廢放射源，對保護(hù)環(huán)境和保障公眾健康起到了極其重要的作用。

　　但是，由于放射性廢物庫管理經(jīng)驗(yàn)的欠缺以及技術(shù)手段的不完善，在一定程度上對環(huán)境和公眾健康構(gòu)成了威脅。因此，在促進(jìn)核能、核技術(shù)開發(fā)利用的過程中，必須加強(qiáng)對放射性污染的防治，保護(hù)環(huán)境，保障人體健康。加強(qiáng)對放射性廢物和廢放射源的監(jiān)控和管理是當(dāng)務(wù)之急。

　　放射性廢物的監(jiān)控和管理是一個(gè)新的課題，沒有固定方案可遵循，沒有專用儀器和設(shè)備，但我們卻要對整個(gè)廢物庫進(jìn)行不間斷地檢測，掌握整個(gè)庫區(qū)的放射性水平和安全狀況，對任何意外情況都能及時(shí)做出報(bào)警。這就需要一套功能完善、工作可靠的放射性廢物的監(jiān)控管理系統(tǒng)，提高放射源及危險(xiǎn)廢棄物安全管理水平。放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)是針對廢物庫中的放射性核廢物的存在位置、狀態(tài)、安全、管理的一個(gè)綜合性的監(jiān)測管理系統(tǒng)。

2、放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)目標(biāo)及原則

放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)主要解決的是如下幾個(gè)關(guān)鍵問題：

　　1）廢物庫內(nèi)監(jiān)測：在庫內(nèi)不間斷進(jìn)行劑量率監(jiān)測，對放射性污染進(jìn)行預(yù)警。

　　2）廢物庫外監(jiān)測：在庫外不間斷進(jìn)行環(huán)境劑量率監(jiān)測，防止放射性污染的蔓延。

　　3）廢物的安全管理：利用門禁、紅外、攝像等手段防止放射源丟失、被盜及非法移動。

　　4）本地及遠(yuǎn)程報(bào)警：當(dāng)劑量率水平及安全出現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)警。

　　5）庫房管理：對核廢物的出入庫進(jìn)行有效管理。

　　放射源安全管理的關(guān)鍵是永遠(yuǎn)保證放射源處于其指定的正確位置，防止人員誤入控制區(qū)遭遇誤照，避免放射源的丟失和被盜。堅(jiān)持輻射防護(hù)“三原則”，即實(shí)踐的正當(dāng)性，輻射防護(hù)的最優(yōu)化以及個(gè)人劑量的限值。放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)要做到：靈敏、穩(wěn)定、可靠，多重報(bào)警方式，信息傳輸快捷通暢。

3、城市放射性廢物庫監(jiān)控及管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)

3.1、設(shè)計(jì)依據(jù)

　　《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》；《中華人民共和國放射性污染防治法》；《放射環(huán)境管理辦法》國家環(huán)保局令[90]第3號。

3.2、采用標(biāo)準(zhǔn)

　　《核技術(shù)利用放射性廢物庫選址、設(shè)計(jì)與建造技術(shù)要求》（試行）；《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871-2002）；《放射性廢物管理規(guī)定》（GB14500-2002）；《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》（GB11806-2004）、《使用密封放射源的放射衛(wèi)生防護(hù)要求》（GB16354-1996）、《操作開放型放射性物質(zhì)的輻射防護(hù)規(guī)定》（GB11930-89）。

4、放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)

4.1、概述

　　放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對放射源出入庫、集中存放進(jìn)行日常管理，對放射性廢物庫內(nèi)工作場所、放射源存放區(qū)域以及庫區(qū)外環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；并以紅外、門禁、攝像等手段相輔助。當(dāng)所監(jiān)測區(qū)域的輻射劑量率、計(jì)數(shù)率超過所預(yù)設(shè)的報(bào)警閾值，或者出現(xiàn)放射源非法移動、庫門非法開啟時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號，存儲數(shù)據(jù)和相關(guān)信息，并上報(bào)上一級主管部門及省級輻射監(jiān)測站，以保證現(xiàn)場設(shè)備的放射源的安全、工藝安全、人員安全和環(huán)境安全。

4.2、系統(tǒng)組成及各部分功能

　　放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)及其管理系統(tǒng)軟件、中子放射性檢測儀、γ放射性檢測儀、通道式γ檢測儀、氣溶膠快速測量儀、氣象站、遠(yuǎn)距離讀卡器、便攜式讀卡器、電子標(biāo)簽、檢測數(shù)據(jù)顯示裝置、紅外防盜裝置、門禁連鎖裝置、聲光報(bào)警裝置、遠(yuǎn)程報(bào)警裝置、便攜式輻射測量儀、遠(yuǎn)程通信設(shè)備等組成。

　　放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)為核心，采用模塊化設(shè)計(jì)。將各功能模塊有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)整體，完成劑量率的檢測、安防監(jiān)控、報(bào)警、庫房管理以及數(shù)據(jù)存儲和上傳。放射性廢物庫監(jiān)控管理系統(tǒng)框圖如圖1所示。

4.2.1、庫區(qū)內(nèi)放射性檢測儀

　　庫區(qū)內(nèi)放射性檢測儀采用固定式安裝，主要包括區(qū)域就地二次儀表（含報(bào)警燈鈴）、區(qū)域γ監(jiān)測儀、區(qū)域中子監(jiān)測儀、通道式γ放射性檢測儀、α/β放射性氣溶膠快速測量儀。用于檢測出、入庫以及存儲區(qū)內(nèi)的放射源檢查和監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)劑量率或者計(jì)數(shù)率越限時(shí)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號。

4.2.2、庫區(qū)外放射性檢測儀

　　庫區(qū)外放射性檢測儀也采用固定式安裝，主要包括區(qū)域就地二次儀表（含報(bào)警燈鈴）和區(qū)域γ監(jiān)測儀。用于庫區(qū)外的環(huán)境放射性檢測。當(dāng)出現(xiàn)劑量率越限時(shí)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號。

4.2.3、氣象站

　　檢測氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力、氣壓、雨量等氣象信息，便于對劑量率監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

4.2.4、遠(yuǎn)距離讀卡器、電子標(biāo)簽

遠(yuǎn)距離讀卡器和電子標(biāo)簽配合使用，主要作用是進(jìn)行庫房管理中核廢物和管理人員的識別。便于查詢在庫區(qū)中放射源和人員狀況。電子標(biāo)簽分為兩類：人員和放射源罐，其ID具有唯一性。　　

4.2.5、紅外報(bào)警系統(tǒng)

　　紅外防盜裝置檢測庫房內(nèi)人員或物體運(yùn)動情況。當(dāng)出現(xiàn)非法的移動時(shí)，向數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)和報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號。

4.2.6、門禁系統(tǒng)

　　當(dāng)出現(xiàn)非法開關(guān)門或者非法闖入時(shí)向報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號。同時(shí)將信息上傳數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)。

4.2.7、視頻監(jiān)控

　　在放射性廢物庫周圍以及廢物庫的存儲區(qū)、工作區(qū)，實(shí)施不間斷的視頻圖像監(jiān)控，保證放射源的安全。

4.2.8、連鎖聲光報(bào)警裝置

　　當(dāng)收到報(bào)警信息后，判斷、確認(rèn)合理報(bào)警，在現(xiàn)場進(jìn)行聲光報(bào)警。

4.2.9、便攜式輻射測量儀

　　便攜式測量儀主要包括：便攜式中子檢測儀、便攜式輻射檢測儀、個(gè)人劑量報(bào)警儀、便攜式伸縮長桿輻射測量儀、表面污染檢測儀。主要用于庫區(qū)內(nèi)輻射劑量測量和其他輔助測量。

4.2.10、數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)

　　1）數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)主要對檢測儀傳輸來的監(jiān)測信息進(jìn)行集中處理、顯示、控制、貯存和打印。同時(shí)通過以太網(wǎng)可將數(shù)據(jù)上傳至上級信息管理平臺。

　　2）放射源出入庫的自動登記和日常管理。

　　3）放射源及人員管理。

　　4）可對放射源出入庫向上級部門提出申請。上級部門授權(quán)后，通過門禁系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)庫門的開啟。

　　5）當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警信息后通過遠(yuǎn)程報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號。

4.2.11、遠(yuǎn)程報(bào)警裝置

　　接收數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)命令，以短信方式向管理員手機(jī)發(fā)出報(bào)警信息。

4.2.12、寫卡器

　　增減或修改放射源及人員電子標(biāo)簽。

4.2.13、上級信息管理平臺

　　1）查詢庫房管理信息

　　2）向數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行放射源出入庫授權(quán)。

4.3、系統(tǒng)基本應(yīng)用方案

　　庫區(qū)內(nèi)設(shè)備的布置以及嚴(yán)格的管理措施、合理的系統(tǒng)配置方案及系統(tǒng)應(yīng)用是保證放射源存儲庫中放射源及管理人員安全的必備條件。必須對現(xiàn)有的設(shè)備合理應(yīng)用、取長補(bǔ)短，才能充分發(fā)揮每種設(shè)備的最大功效。

4.3.1、管理人員檔案管理及其電子標(biāo)簽制備

　　數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)利用寫卡器為庫房管理人員制備電子標(biāo)簽，其ID應(yīng)為終身唯一編號。同時(shí)將管理人員的基本信息輸入計(jì)算機(jī)，存入數(shù)據(jù)庫備檔。同時(shí)賦予管理人員相關(guān)的操作權(quán)限。管理人員以后進(jìn)入庫區(qū)必須攜帶自己的電子標(biāo)簽才能進(jìn)行相應(yīng)操作。

4.3.2、系統(tǒng)初次使用時(shí)庫內(nèi)現(xiàn)有放射源備檔及電子標(biāo)簽制備系統(tǒng)初次使用時(shí)，應(yīng)先將已經(jīng)庫存的放射源進(jìn)行備檔，主要將放射源的種類、活度、劑量、放置位置等重要信息輸入計(jì)算機(jī)，存入數(shù)據(jù)庫，同時(shí)也要為放射源制備終身唯一編號的電子標(biāo)簽。并將標(biāo)簽固定于放射源罐。

4.3.3、庫存放射源統(tǒng)計(jì)

　　利用遠(yuǎn)程讀卡器的自動識別功能。自動識別庫區(qū)內(nèi)的電子標(biāo)簽（放射源和人員）的類型和數(shù)量，進(jìn)而明確庫存的放射源或者庫區(qū)停留的工作人員。

4.3.4、放射源入庫

　　1）操作人員通過數(shù)據(jù)處理控制計(jì)算機(jī)經(jīng)以太網(wǎng)向上級部門提出申請，在得到上級部門的授權(quán)后，方可通過計(jì)算控制門禁系統(tǒng)解除對庫門的鎖定，打開庫房門。此時(shí)記錄打開庫房門的時(shí)間。

　　2）管理人員進(jìn)入庫區(qū)（攜帶自己的電子標(biāo)簽，便于遠(yuǎn)程讀卡器自動識別，計(jì)算機(jī)將存儲此信息）。

　　3）如果是第一次入庫的放射源則要進(jìn)行放射源備檔及電子標(biāo)簽制備。

　　4）運(yùn)輸車輛進(jìn)入庫區(qū)，將需要入庫的放射源移動到操作臺上；遠(yuǎn)程讀卡器自動識別放射源id，放射性檢測儀工作檢測當(dāng)前的劑量值；數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)將當(dāng)前的數(shù)據(jù)和歷史最近存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，同時(shí)在現(xiàn)場顯示裝置上顯示對比結(jié)果，確認(rèn)入庫放射源無誤，并記錄入庫的劑量值。

　　5）將放射源安置于存儲區(qū)相應(yīng)位置；

　　6）車輛離開庫區(qū)，關(guān)閉庫門，記錄關(guān)門時(shí)間。

4.3.5、庫存放射源出庫

　　2）管理人員進(jìn)入庫區(qū)（攜帶自己的電子標(biāo)簽，便于遠(yuǎn)程讀卡器自動識別，計(jì)算機(jī)將存儲此信息），將需要出庫的放射源取出移動到操作臺上；遠(yuǎn)程讀卡器自動識別放射源id，放射性檢測儀工作檢測當(dāng)前的劑量值；數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)將當(dāng)前的數(shù)據(jù)和歷史最近存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，同時(shí)在現(xiàn)場顯示裝置上顯示對比結(jié)果，確認(rèn)出庫放射源無誤，并記錄出庫的劑量值。

　　3）車輛進(jìn)入庫區(qū)，裝載后退出庫區(qū)。關(guān)閉庫門，記錄關(guān)門時(shí)間。

4.3.6、輻射劑量率水平監(jiān)測

　　1）在庫區(qū)內(nèi)的工作區(qū)域，以及放射源存儲區(qū)域，連續(xù)不間斷的監(jiān)測劑量率水平的變化，及時(shí)作出預(yù)警；

　　2）在庫區(qū)外不間斷進(jìn)行環(huán)境劑量率水平及氣象的監(jiān)測；

　　3）利用便攜式儀表對重點(diǎn)放射源進(jìn)行監(jiān)測、排查。

4.3.7、視頻監(jiān)控

　　在放射性廢物庫周圍以及廢物庫的存儲區(qū)、工作區(qū)，實(shí)施不間斷的視頻圖像監(jiān)控，保證放射源的安全。

4.3.8、輻射報(bào)警

　　當(dāng)遇到下列情況時(shí)，觸發(fā)聲光報(bào)警裝置報(bào)警，并上傳報(bào)警信息。

　　1）庫門非法打開或者沒有打開時(shí)紅外報(bào)警裝置報(bào)警即觸發(fā)聲光報(bào)警裝置報(bào)警。

　　2）未檢測到操作人員進(jìn)入，但檢測到放射源進(jìn)入或者離開庫區(qū)。

　　3）存放區(qū)所測劑量率值超過設(shè)定域值。

　　4）庫區(qū)外所測劑量率值超過設(shè)定域值。

　　5）庫門未關(guān)，庫內(nèi)長時(shí)間沒有管理人員。

6）出庫放射源未經(jīng)檢測記錄直接出庫。　　

7）入庫放射源未經(jīng)檢測記錄直接入庫。

5、輻射監(jiān)測系統(tǒng)主要設(shè)備選型及技術(shù)性能

5.1、輻射區(qū)域監(jiān)測儀

　　區(qū)域監(jiān)測儀采集γ探測器測量數(shù)據(jù)等進(jìn)行處理、顯示、存貯，在巡檢方式下應(yīng)答上位機(jī)的呼叫信號，并能夠處理上位機(jī)命令，將各種測量結(jié)果、各儀表的工作狀態(tài)和報(bào)警信號實(shí)時(shí)傳送給數(shù)據(jù)處理中心。接收上位機(jī)的時(shí)鐘信息，并按該信息調(diào)整時(shí)鐘。

輻射報(bào)警儀/輻射檢測儀技術(shù)參數(shù)：

　　射線類型：Χ、γ；能量范圍：60 keV～7 MeV；測量范圍：劑量率：10nGy/h～1Gy/h，10nSv/h～1Sv/h；長期穩(wěn)定性：≤5%；自檢功能：開機(jī)進(jìn)行自檢和自診斷功能；輸入接口：1路RS232、1路RS485，與探測器連接；通訊接口：1路RS485，1個(gè)RJ45，1個(gè)USB口，可與計(jì)算機(jī)相連接通訊；通訊協(xié)議：支持TCP/IP協(xié)議，支持GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸；報(bào)警閾設(shè)置：整個(gè)測量范圍內(nèi)任意設(shè)備，可設(shè)置報(bào)警、高報(bào)、高高報(bào)、失效等報(bào)警閾值；報(bào)警輸出：每組報(bào)警1對開關(guān)量輸出，AC220V，7A；數(shù)據(jù)存儲：1G存儲空間，1年5 min的歷史數(shù)據(jù)；外殼防護(hù)等級：IP64，適合戶外安裝；備電：備電自動切換，備電電池可以支持工作72小時(shí)以上；重量：監(jiān)測儀（不含電池）10 Kg。

5.2、輻射劑量率探測器

　　γ輻射劑量率探測器內(nèi)置工業(yè)級CPU和高壓模塊，采用英國進(jìn)口的帶能量補(bǔ)償?shù)腪P1202和ZP1304GM計(jì)數(shù)管作為探測元器件，在探測器內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，高低量程自動切換，將測量結(jié)果通過RS485與外部通訊。具有集成度高、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)可靠、響應(yīng)時(shí)間快的特點(diǎn)。

輻射報(bào)警儀技術(shù)性能：

　　探測射線類型：X、γ；探測器類型：帶能量補(bǔ)償?shù)碾pGM管（進(jìn)口）；GM管型號：低量程ZP1202高量程ZP1304（英國）；能量范圍：50 keV～3 MeV（±30%）；參考能量：137Cs，661keV；測量范圍：50nGy/h～10Gy/h；50nSv/h～10Sv/h；量程：自動切換；能量響應(yīng)：≤±30%；響應(yīng)時(shí)間：3 s；角響應(yīng)：≤5%（4π立體角）；基本誤差：≤±10%（137Cs，661keV）；不確定度：≤±10%；變異系數(shù)：≤10%；長期穩(wěn)定性：≤±10%；重復(fù)性：≤±10%；外殼防護(hù)等級：IP67；溫度范圍：-20℃～+60℃；供電：DC12V；安裝方式：就地壁掛式；傳輸距離：≤800 m（探測器到監(jiān)測儀）；設(shè)計(jì)壽命：大于20年。

5.3、中子探測器

　　中子探測器采用進(jìn)口H3探測器，內(nèi)置工業(yè)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理，與WF-9200采用RS485通訊，靈敏度高、線性好，壽命長，一致性好，可實(shí)現(xiàn)互換性，適用于測量環(huán)境級的射線測量。

　　中子檢測儀技術(shù)性能：

　　探測射線類型：中子射線；探測器類型：H3；能量范圍：熱中子-14 MeV；參考能量：镅鈹中子源；測量范圍：0.1μGy/h～100000μGy/h；基本誤差：≤±15%（镅鈹中子源）；變異系數(shù)（統(tǒng)計(jì)漲落）：≤10%；長期穩(wěn)定性：≤±10%（2μGy/h）；安裝方式：壁掛或就地；外殼防護(hù)等級：IP64；探測器尺寸：Φ220×320 mm；供電：DC12V；輸出：RS485通訊；重量：11.5 Kg。

5.4、移動式人員通道輻射檢測儀

　　采用環(huán)境γ寬量程WF-PTM-F數(shù)字化塑料閃爍探測器。探測器采用3R3塑料閃爍晶體和光電倍增管作為探測元件，內(nèi)置工業(yè)級CPU和高壓模塊，采用CW-HV雙高壓切換技術(shù)，有效拓寬了探測器測量范圍，實(shí)時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，測量數(shù)據(jù)在探測器內(nèi)部進(jìn)行處理，與外部RS485進(jìn)行通訊，保證了測量精度和環(huán)境適應(yīng)性，具有靈敏度高、測量范圍寬、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。

　　通道式輻射檢測儀技術(shù)性能：

　　探測射線類型：Χ、γ；能量范圍：30 keV～10 MeV；參考能量：137Cs，661keV；測量范圍：0.01μSv/h～100mSv/h；能量響應(yīng)：≤30%；響應(yīng)時(shí)間：3S；各向同項(xiàng)響應(yīng)：≤10%（4π立體角）；基本誤差：≤±20%（137Cs，661keV）；長期穩(wěn)定性：≤±10%，變異系數(shù)：≤10%；殼防護(hù)等級：IP65；通訊：RS485；供電：DC12V。

5.5、如圖所示系統(tǒng)軟件示例

放射性在線監(jiān)管系統(tǒng)