放射性在線監管系統

本文從我國放射性廢物庫管理現狀入手，指出了放射性廢物庫監控管理系統目標及原則。根據廢物庫管理的實際情況，依據放射性廢物庫監測的技術標準，研究并設計了一套切實可行的放射性廢物庫監測管理方案。詳細闡述了系統的設計原理、性能要求和關鍵技術，并列舉了部分主要檢測設備的技術特點和技術指標。在放射性廢物庫監控管理領域具有很重要的參考價值。

1、放射性廢物庫監控管理現狀

　　我國的原子能事業起步于上世紀五十年代中期，在鞏固國防和維護世界和平方面起到了極其重要的作用，現在原子能事業轉向為國民經濟建設服務，以放射性同位素與核輻射技術為代表的核技術，在我國工業、農業、醫療、衛生、地質勘探和科學研究等領域的應用越來越廣泛，同時導致我國產生了不少放射性廢物。政府制訂出相關放射性廢物處置政策、法規，各地建立不同規模的放射性廢物庫，負責收貯和暫存各行業核技術應用中產生的放射性廢物和廢放射源，對保護環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驗的欠缺以及技術手段的不完善，在一定程度上對環境和公眾健康構成了威脅。因此，在促進核能、核技術開發利用的過程中，必須加強對放射性污染的防治，保護環境，保障人體健康。加強對放射性廢物和廢放射源的監控和管理是當務之急。

　　放射性廢物的監控和管理是一個新的課題，沒有固定方案可遵循，沒有專用儀器和設備，但我們卻要對整個廢物庫進行不間斷地檢測，掌握整個庫區的放射性水平和安全狀況，對任何意外情況都能及時做出報警。這就需要一套功能完善、工作可靠的放射性廢物的監控管理系統，提高放射源及危險廢棄物安全管理水平。放射性廢物庫監控管理系統應是針對廢物庫中的放射性核廢物的存在位置、狀態、安全、管理的一個綜合性的監測管理系統。

2、放射性廢物庫監控管理系統目標及原則

放射性廢物庫監控管理系統主要解決的是如下幾個關鍵問題：

　　1）廢物庫內監測：在庫內不間斷進行劑量率監測，對放射性污染進行預警。

　　2）廢物庫外監測：在庫外不間斷進行環境劑量率監測，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）本地及遠程報警：當劑量率水平及安全出現異常，及時報警。

　　5）庫房管理：對核廢物的出入庫進行有效管理。

　　放射源安全管理的關鍵是永遠保證放射源處于其指定的正確位置，防止人員誤入控制區遭遇誤照，避免放射源的丟失和被盜。堅持輻射防護“三原則”，即實踐的正當性，輻射防護的最優化以及個人劑量的限值。放射性廢物庫監控管理系統要做到：靈敏、穩定、可靠，多重報警方式，信息傳輸快捷通暢。

3、城市放射性廢物庫監控及管理系統設計的依據及標準

3.1、設計依據

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

3.2、采用標準

　　《核技術利用放射性廢物庫選址、設計與建造技術要求》（試行）；《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（GB18871-2002）；《放射性廢物管理規定》（GB14500-2002）；《放射性物質安全運輸規程》（GB11806-2004）、《使用密封放射源的放射衛生防護要求》（GB16354-1996）、《操作開放型放射性物質的輻射防護規定》（GB11930-89）。

4、放射性廢物庫監控管理系統

4.1、概述

　　放射性廢物庫監控管理系統主要實現對放射源出入庫、集中存放進行日常管理，對放射性廢物庫內工作場所、放射源存放區域以及庫區外環境進行實時監測；并以紅外、門禁、攝像等手段相輔助。當所監測區域的輻射劑量率、計數率超過所預設的報警閾值，或者出現放射源非法移動、庫門非法開啟時，發出報警信號，存儲數據和相關信息，并上報上一級主管部門及省級輻射監測站，以保證現場設備的放射源的安全、工藝安全、人員安全和環境安全。

4.2、系統組成及各部分功能

　　放射性廢物庫監控管理系統由計算機及其管理系統軟件、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、遠距離讀卡器、便攜式讀卡器、電子標簽、檢測數據顯示裝置、紅外防盜裝置、門禁連鎖裝置、聲光報警裝置、遠程報警裝置、便攜式輻射測量儀、遠程通信設備等組成。

　　放射性廢物庫監控管理系統以數據處理控制計算機為核心，采用模塊化設計。將各功能模塊有機地結合成一個整體，完成劑量率的檢測、安防監控、報警、庫房管理以及數據存儲和上傳。放射性廢物庫監控管理系統框圖如圖1所示。

4.2.1、庫區內放射性檢測儀

　　庫區內放射性檢測儀采用固定式安裝，主要包括區域就地二次儀表（含報警燈鈴）、區域γ監測儀、區域中子監測儀、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、入庫以及存儲區內的放射源檢查和監測。當出現劑量率或者計數率越限時報警裝置發出報警信號。

4.2.2、庫區外放射性檢測儀

　　庫區外放射性檢測儀也采用固定式安裝，主要包括區域就地二次儀表（含報警燈鈴）和區域γ監測儀。用于庫區外的環境放射性檢測。當出現劑量率越限時報警裝置發出報警信號。

4.2.3、氣象站

　　檢測氣溫、濕度、風向、風力、氣壓、雨量等氣象信息，便于對劑量率監測數據進行綜合分析。

4.2.4、遠距離讀卡器、電子標簽

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

4.2.5、紅外報警系統

　　紅外防盜裝置檢測庫房內人員或物體運動情況。當出現非法的移動時，向數據處理控制計算機和報警裝置發出報警信號。

4.2.6、門禁系統

　　當出現非法開關門或者非法闖入時向報警裝置發出報警信號。同時將信息上傳數據處理控制計算機。

4.2.7、視頻監控

　　在放射性廢物庫周圍以及廢物庫的存儲區、工作區，實施不間斷的視頻圖像監控，保證放射源的安全。

4.2.8、連鎖聲光報警裝置

　　當收到報警信息后，判斷、確認合理報警，在現場進行聲光報警。

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、個人劑量報警儀、便攜式伸縮長桿輻射測量儀、表面污染檢測儀。主要用于庫區內輻射劑量測量和其他輔助測量。

4.2.10、數據處理控制計算機

　　1）數據處理控制計算機主要對檢測儀傳輸來的監測信息進行集中處理、顯示、控制、貯存和打印。同時通過以太網可將數據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。上級部門授權后，通過門禁系統才能實現庫門的開啟。

　　5）當出現報警信息后通過遠程報警裝置發出報警信號。

4.2.11、遠程報警裝置

　　接收數據處理控制計算機命令，以短信方式向管理員手機發出報警信息。

4.2.12、寫卡器

　　增減或修改放射源及人員電子標簽。

4.2.13、上級信息管理平臺

　　1）查詢庫房管理信息

　　2）向數據處理控制計算機進行放射源出入庫授權。

4.3、系統基本應用方案

　　庫區內設備的布置以及嚴格的管理措施、合理的系統配置方案及系統應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。必須對現有的設備合理應用、取長補短，才能充分發揮每種設備的最大功效。

4.3.1、管理人員檔案管理及其電子標簽制備

　　數據處理控制計算機利用寫卡器為庫房管理人員制備電子標簽，其ID應為終身唯一編號。同時將管理人員的基本信息輸入計算機，存入數據庫備檔。同時賦予管理人員相關的操作權限。管理人員以后進入庫區必須攜帶自己的電子標簽才能進行相應操作。

4.3.2、系統初次使用時庫內現有放射源備檔及電子標簽制備系統初次使用時，應先將已經庫存的放射源進行備檔，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算機，存入數據庫，同時也要為放射源制備終身唯一編號的電子標簽。并將標簽固定于放射源罐。

4.3.3、庫存放射源統計

　　利用遠程讀卡器的自動識別功能。自動識別庫區內的電子標簽（放射源和人員）的類型和數量，進而明確庫存的放射源或者庫區停留的工作人員。

4.3.4、放射源入庫

　　1）操作人員通過數據處理控制計算機經以太網向上級部門提出申請，在得到上級部門的授權后，方可通過計算控制門禁系統解除對庫門的鎖定，打開庫房門。此時記錄打開庫房門的時間。

　　2）管理人員進入庫區（攜帶自己的電子標簽，便于遠程讀卡器自動識別，計算機將存儲此信息）。

　　3）如果是第一次入庫的放射源則要進行放射源備檔及電子標簽制備。

　　4）運輸車輛進入庫區，將需要入庫的放射源移動到操作臺上；遠程讀卡器自動識別放射源id，放射性檢測儀工作檢測當前的劑量值；數據處理計算機將當前的數據和歷史最近存儲數據進行比對，同時在現場顯示裝置上顯示對比結果，確認入庫放射源無誤，并記錄入庫的劑量值。

　　5）將放射源安置于存儲區相應位置；

　　6）車輛離開庫區，關閉庫門，記錄關門時間。

4.3.5、庫存放射源出庫

　　1）操作人員通過數據處理控制計算機經以太網向上級部門提出申請，在得到上級部門的授權后，方可通過計算控制門禁系統解除對庫門的鎖定，打開庫房門。此時記錄打開庫房門的時間。

　　2）管理人員進入庫區（攜帶自己的電子標簽，便于遠程讀卡器自動識別，計算機將存儲此信息），將需要出庫的放射源取出移動到操作臺上；遠程讀卡器自動識別放射源id，放射性檢測儀工作檢測當前的劑量值；數據處理計算機將當前的數據和歷史最近存儲數據進行比對，同時在現場顯示裝置上顯示對比結果，確認出庫放射源無誤，并記錄出庫的劑量值。

　　3）車輛進入庫區，裝載后退出庫區。關閉庫門，記錄關門時間。

4.3.6、輻射劑量率水平監測

　　1）在庫區內的工作區域，以及放射源存儲區域，連續不間斷的監測劑量率水平的變化，及時作出預警；

　　2）在庫區外不間斷進行環境劑量率水平及氣象的監測；

　　3）利用便攜式儀表對重點放射源進行監測、排查。

4.3.7、視頻監控

　　在放射性廢物庫周圍以及廢物庫的存儲區、工作區，實施不間斷的視頻圖像監控，保證放射源的安全。

4.3.8、輻射報警

　　當遇到下列情況時，觸發聲光報警裝置報警，并上傳報警信息。

　　1）庫門非法打開或者沒有打開時紅外報警裝置報警即觸發聲光報警裝置報警。

　　2）未檢測到操作人員進入，但檢測到放射源進入或者離開庫區。

　　3）存放區所測劑量率值超過設定域值。

　　4）庫區外所測劑量率值超過設定域值。

　　5）庫門未關，庫內長時間沒有管理人員。

6）出庫放射源未經檢測記錄直接出庫。 　　

7）入庫放射源未經檢測記錄直接入庫。

5、輻射監測系統主要設備選型及技術性能

5.1、輻射區域監測儀

　　區域監測儀采集γ探測器測量數據等進行處理、顯示、存貯，在巡檢方式下應答上位機的呼叫信號，并能夠處理上位機命令，將各種測量結果、各儀表的工作狀態和報警信號實時傳送給數據處理中心。接收上位機的時鐘信息，并按該信息調整時鐘。

輻射報警儀/輻射檢測儀技術參數：

　　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；長期穩定性：≤5%；自檢功能：開機進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RJ45，1個USB口，可與計算機相連接通訊；通訊協議：支持TCP/IP協議，支持GPRS無線數據傳輸；報警閾設置：整個測量范圍內任意設備，可設置報警、高報、高高報、失效等報警閾值；報警輸出：每組報警1對開關量輸出，AC220V，7A；數據存儲：1G存儲空間，1年5 min的歷史數據；外殼防護等級：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小時以上；重量：監測儀（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置工業級CPU和高壓模塊，采用英國進口的帶能量補償的ZP1202和ZP1304GM計數管作為探測元器件，在探測器內部進行數據處理和計算，高低量程自動切換，將測量結果通過RS485與外部通訊。具有集成度高、可靠性強、數據可靠、響應時間快的特點。

輻射報警儀技術性能：

　　探測射線類型：X、γ；探測器類型：帶能量補償的雙GM管（進口）；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：≤±30%；響應時間：3 s；角響應：≤5%（4π立體角）；基本誤差：≤±10%（137Cs，661keV）；不確定度：≤±10%；變異系數：≤10%；長期穩定性：≤±10%；重復性：≤±10%；外殼防護等級：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（探測器到監測儀）；設計壽命：大于20年。

5.3、中子探測器

　　中子探測器采用進口H3探測器，內置工業CPU進行數據采集處理，與WF-9200采用RS485通訊，靈敏度高、線性好，壽命長，一致性好，可實現互換性，適用于測量環境級的射線測量。

　　中子檢測儀技術性能：

　　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（統計漲落）：≤10%；長期穩定性：≤±10%（2μGy/h）；安裝方式：壁掛或就地；外殼防護等級：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

　　采用環境γ寬量程WF-PTM-F數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，內置工業級CPU和高壓模塊，采用CW-HV雙高壓切換技術，有效拓寬了探測器測量范圍，實時進行溫度補償，測量數據在探測器內部進行處理，與外部RS485進行通訊，保證了測量精度和環境適應性，具有靈敏度高、測量范圍寬、精度高、抗干擾能力強、穩定性好、應用范圍廣的特點。

　　通道式輻射檢測儀技術性能：

　　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：≤30%；響應時間：3S；各向同項響應：≤10%（4π立體角）；基本誤差：≤±20%（137Cs，661keV）；長期穩定性：≤±10%，變異系數：≤10%；殼防護等級：IP65；通訊：RS485；供電：DC12V。

5.5、如圖所示系統軟件示例

 

6、結束語

　　本系統已經成功運用到放射性廢物庫，系統運行穩定、可靠，提高了放射源及危險廢棄物安全管理水平。

參考文獻：

　　[1]GB/T4075―2003密封放射源一般要求和分級.

　　[2]GB/T4960.8―2008核科學技術術語放射性廢物管理.

　　[3]GB18871―2002電離輻射防護與輻射源安全基本標準.

　　[4]GB12711―1991低中水平放射性固體廢物包裝安全標準.

　　[5]GB14500―2002放射性廢物管理規定.

　　[6]HJ/T61―2001輻射環境監測技術規范.

　　[7]國家環?？偩?國環辦建（84）第029號：建設城市放射性廢物庫的暫行規定.1984.

　　[8]國家環?？偩?國環辦建（87）第239號：城市放射性廢物管理辦法.1987.

　　[9]IAEA放射源安全和保安行為準則.2004.