放射性在线监管系统

2023-02-13 20:54:45 admin

本文从我国放射性废物库管理现状入手，指出了放射性废物库监控管理系统目标及原则。根据废物库管理的实际情况，依据放射性废物库监测的技术标准，研究并设计了一套切实可行的放射性废物库监测管理方案。详细阐述了系统的设计原理、性能要求和关键技术，并列举了部分主要检测设备的技术特点和技术指标。在放射性废物库监控管理领域具有很重要的参考价值。

1、放射性废物库监控管理现状

　　我国的原子能事业起步于上世纪五十年代中期，在巩固国防和维护世界和平方面起到了极其重要的作用，现在原子能事业转向为国民经济建设服务，以放射性同位素与核辐射技术为代表的核技术，在我国工业、农业、医疗、卫生、地质勘探和科学研究等领域的应用越来越广泛，同时导致我国产生了不少放射性废物。政府制订出相关放射性废物处置政策、法规，各地建立不同规模的放射性废物库，负责收贮和暂存各行业核技术应用中产生的放射性废物和废放射源，对保护环境和保障公众健康起到了极其重要的作用。

　　但是，由于放射性废物库管理经验的欠缺以及技术手段的不完善，在一定程度上对环境和公众健康构成了威胁。因此，在促进核能、核技术开发利用的过程中，必须加强对放射性污染的防治，保护环境，保障人体健康。加强对放射性废物和废放射源的监控和管理是当务之急。

　　放射性废物的监控和管理是一个新的课题，没有固定方案可遵循，没有专用仪器和设备，但我们却要对整个废物库进行不间断地检测，掌握整个库区的放射性水平和安全状况，对任何意外情况都能及时做出报警。这就需要一套功能完善、工作可靠的放射性废物的监控管理系统，提高放射源及危险废弃物安全管理水平。放射性废物库监控管理系统应是针对废物库中的放射性核废物的存在位置、状态、安全、管理的一个综合性的监测管理系统。

2、放射性废物库监控管理系统目标及原则

放射性废物库监控管理系统主要解决的是如下几个关键问题：

　　1）废物库内监测：在库内不间断进行剂量率监测，对放射性污染进行预警。

　　2）废物库外监测：在库外不间断进行环境剂量率监测，防止放射性污染的蔓延。

　　3）废物的安全管理：利用门禁、红外、摄像等手段防止放射源丢失、被盗及非法移动。

　　4）本地及远程报警：当剂量率水平及安全出现异常，及时报警。

　　5）库房管理：对核废物的出入库进行有效管理。

　　放射源安全管理的关键是永远保证放射源处于其指定的正确位置，防止人员误入控制区遭遇误照，避免放射源的丢失和被盗。坚持辐射防护“三原则”，即实践的正当性，辐射防护的最优化以及个人剂量的限值。放射性废物库监控管理系统要做到：灵敏、稳定、可靠，多重报警方式，信息传输快捷通畅。

3、城市放射性废物库监控及管理系统设计的依据及标准

3.1、设计依据

　　《中华人民共和国环境保护法》；《中华人民共和国放射性污染防治法》；《放射环境管理办法》国家环保局令[90]第3号。

3.2、采用标准

　　《核技术利用放射性废物库选址、设计与建造技术要求》（试行）；《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002）；《放射性废物管理规定》（GB14500-2002）；《放射性物质安全运输规程》（GB11806-2004）、《使用密封放射源的放射卫生防护要求》（GB16354-1996）、《操作开放型放射性物质的辐射防护规定》（GB11930-89）。

4、放射性废物库监控管理系统

4.1、概述

　　放射性废物库监控管理系统主要实现对放射源出入库、集中存放进行日常管理，对放射性废物库内工作场所、放射源存放区域以及库区外环境进行实时监测；并以红外、门禁、摄像等手段相辅助。当所监测区域的辐射剂量率、计数率超过所预设的报警阈值，或者出现放射源非法移动、库门非法开启时，发出报警信号，存储数据和相关信息，并上报上一级主管部门及省级辐射监测站，以保证现场设备的放射源的安全、工艺安全、人员安全和环境安全。

4.2、系统组成及各部分功能

　　放射性废物库监控管理系统由计算机及其管理系统软件、中子放射性检测仪、γ放射性检测仪、通道式γ检测仪、气溶胶快速测量仪、气象站、远距离读卡器、便携式读卡器、电子标签、检测数据显示装置、红外防盗装置、门禁连锁装置、声光报警装置、远程报警装置、便携式辐射测量仪、远程通信设备等组成。

　　放射性废物库监控管理系统以数据处理控制计算机为核心，采用模块化设计。将各功能模块有机地结合成一个整体，完成剂量率的检测、安防监控、报警、库房管理以及数据存储和上传。放射性废物库监控管理系统框图如图1所示。

4.2.1、库区内放射性检测仪

　　库区内放射性检测仪采用固定式安装，主要包括区域就地二次仪表（含报警灯铃）、区域γ监测仪、区域中子监测仪、通道式γ放射性检测仪、α/β放射性气溶胶快速测量仪。用于检测出、入库以及存储区内的放射源检查和监测。当出现剂量率或者计数率越限时报警装置发出报警信号。

4.2.2、库区外放射性检测仪

　　库区外放射性检测仪也采用固定式安装，主要包括区域就地二次仪表（含报警灯铃）和区域γ监测仪。用于库区外的环境放射性检测。当出现剂量率越限时报警装置发出报警信号。

4.2.3、气象站

　　检测气温、湿度、风向、风力、气压、雨量等气象信息，便于对剂量率监测数据进行综合分析。

4.2.4、远距离读卡器、电子标签

远距离读卡器和电子标签配合使用，主要作用是进行库房管理中核废物和管理人员的识别。便于查询在库区中放射源和人员状况。电子标签分为两类：人员和放射源罐，其ID具有唯一性。　　

4.2.5、红外报警系统

　　红外防盗装置检测库房内人员或物体运动情况。当出现非法的移动时，向数据处理控制计算机和报警装置发出报警信号。

4.2.6、门禁系统

　　当出现非法开关门或者非法闯入时向报警装置发出报警信号。同时将信息上传数据处理控制计算机。

4.2.7、视频监控

　　在放射性废物库周围以及废物库的存储区、工作区，实施不间断的视频图像监控，保证放射源的安全。

4.2.8、连锁声光报警装置

　　当收到报警信息后，判断、确认合理报警，在现场进行声光报警。

4.2.9、便携式辐射测量仪

　　便携式测量仪主要包括：便携式中子检测仪、便携式辐射检测仪、个人剂量报警仪、便携式伸缩长杆辐射测量仪、表面污染检测仪。主要用于库区内辐射剂量测量和其他辅助测量。

4.2.10、数据处理控制计算机

　　1）数据处理控制计算机主要对检测仪传输来的监测信息进行集中处理、显示、控制、贮存和打印。同时通过以太网可将数据上传至上级信息管理平台。

　　2）放射源出入库的自动登记和日常管理。

　　3）放射源及人员管理。

　　4）可对放射源出入库向上级部门提出申请。上级部门授权后，通过门禁系统才能实现库门的开启。

　　5）当出现报警信息后通过远程报警装置发出报警信号。

4.2.11、远程报警装置

　　接收数据处理控制计算机命令，以短信方式向管理员手机发出报警信息。

4.2.12、写卡器

　　增减或修改放射源及人员电子标签。

4.2.13、上级信息管理平台

　　1）查询库房管理信息

　　2）向数据处理控制计算机进行放射源出入库授权。

4.3、系统基本应用方案

　　库区内设备的布置以及严格的管理措施、合理的系统配置方案及系统应用是保证放射源存储库中放射源及管理人员安全的必备条件。必须对现有的设备合理应用、取长补短，才能充分发挥每种设备的最大功效。

4.3.1、管理人员档案管理及其电子标签制备

　　数据处理控制计算机利用写卡器为库房管理人员制备电子标签，其ID应为终身唯一编号。同时将管理人员的基本信息输入计算机，存入数据库备档。同时赋予管理人员相关的操作权限。管理人员以后进入库区必须携带自己的电子标签才能进行相应操作。

4.3.2、系统初次使用时库内现有放射源备档及电子标签制备系统初次使用时，应先将已经库存的放射源进行备档，主要将放射源的种类、活度、剂量、放置位置等重要信息输入计算机，存入数据库，同时也要为放射源制备终身唯一编号的电子标签。并将标签固定于放射源罐。

4.3.3、库存放射源统计

　　利用远程读卡器的自动识别功能。自动识别库区内的电子标签（放射源和人员）的类型和数量，进而明确库存的放射源或者库区停留的工作人员。

4.3.4、放射源入库

　　1）操作人员通过数据处理控制计算机经以太网向上级部门提出申请，在得到上级部门的授权后，方可通过计算控制门禁系统解除对库门的锁定，打开库房门。此时记录打开库房门的时间。

　　2）管理人员进入库区（携带自己的电子标签，便于远程读卡器自动识别，计算机将存储此信息）。

　　3）如果是第一次入库的放射源则要进行放射源备档及电子标签制备。

　　4）运输车辆进入库区，将需要入库的放射源移动到操作台上；远程读卡器自动识别放射源id，放射性检测仪工作检测当前的剂量值；数据处理计算机将当前的数据和历史最近存储数据进行比对，同时在现场显示装置上显示对比结果，确认入库放射源无误，并记录入库的剂量值。

　　5）将放射源安置于存储区相应位置；

　　6）车辆离开库区，关闭库门，记录关门时间。

4.3.5、库存放射源出库

　　2）管理人员进入库区（携带自己的电子标签，便于远程读卡器自动识别，计算机将存储此信息），将需要出库的放射源取出移动到操作台上；远程读卡器自动识别放射源id，放射性检测仪工作检测当前的剂量值；数据处理计算机将当前的数据和历史最近存储数据进行比对，同时在现场显示装置上显示对比结果，确认出库放射源无误，并记录出库的剂量值。

　　3）车辆进入库区，装载后退出库区。关闭库门，记录关门时间。

4.3.6、辐射剂量率水平监测

　　1）在库区内的工作区域，以及放射源存储区域，连续不间断的监测剂量率水平的变化，及时作出预警；

　　2）在库区外不间断进行环境剂量率水平及气象的监测；

　　3）利用便携式仪表对重点放射源进行监测、排查。

4.3.7、视频监控

　　在放射性废物库周围以及废物库的存储区、工作区，实施不间断的视频图像监控，保证放射源的安全。

4.3.8、辐射报警

　　当遇到下列情况时，触发声光报警装置报警，并上传报警信息。

　　1）库门非法打开或者没有打开时红外报警装置报警即触发声光报警装置报警。

　　2）未检测到操作人员进入，但检测到放射源进入或者离开库区。

　　3）存放区所测剂量率值超过设定域值。

　　4）库区外所测剂量率值超过设定域值。

　　5）库门未关，库内长时间没有管理人员。

6）出库放射源未经检测记录直接出库。　　

7）入库放射源未经检测记录直接入库。

5、辐射监测系统主要设备选型及技术性能

5.1、辐射区域监测仪

　　区域监测仪采集γ探测器测量数据等进行处理、显示、存贮，在巡检方式下应答上位机的呼叫信号，并能够处理上位机命令，将各种测量结果、各仪表的工作状态和报警信号实时传送给数据处理中心。接收上位机的时钟信息，并按该信息调整时钟。

辐射报警仪/辐射检测仪技术参数：

　　射线类型：Χ、γ；能量范围：60 keV～7 MeV；测量范围：剂量率：10nGy/h～1Gy/h，10nSv/h～1Sv/h；长期稳定性：≤5%；自检功能：开机进行自检和自诊断功能；输入接口：1路RS232、1路RS485，与探测器连接；通讯接口：1路RS485，1个RJ45，1个USB口，可与计算机相连接通讯；通讯协议：支持TCP/IP协议，支持GPRS无线数据传输；报警阈设置：整个测量范围内任意设备，可设置报警、高报、高高报、失效等报警阈值；报警输出：每组报警1对开关量输出，AC220V，7A；数据存储：1G存储空间，1年5 min的历史数据；外壳防护等级：IP64，适合户外安装；备电：备电自动切换，备电电池可以支持工作72小时以上；重量：监测仪（不含电池）10 Kg。

5.2、辐射剂量率探测器

　　γ辐射剂量率探测器内置工业级CPU和高压模块，采用英国进口的带能量补偿的ZP1202和ZP1304GM计数管作为探测元器件，在探测器内部进行数据处理和计算，高低量程自动切换，将测量结果通过RS485与外部通讯。具有集成度高、可靠性强、数据可靠、响应时间快的特点。

辐射报警仪技术性能：

　　探测射线类型：X、γ；探测器类型：带能量补偿的双GM管（进口）；GM管型号：低量程ZP1202高量程ZP1304（英国）；能量范围：50 keV～3 MeV（±30%）；参考能量：137Cs，661keV；测量范围：50nGy/h～10Gy/h；50nSv/h～10Sv/h；量程：自动切换；能量响应：≤±30%；响应时间：3 s；角响应：≤5%（4π立体角）；基本误差：≤±10%（137Cs，661keV）；不确定度：≤±10%；变异系数：≤10%；长期稳定性：≤±10%；重复性：≤±10%；外壳防护等级：IP67；温度范围：-20℃～+60℃；供电：DC12V；安装方式：就地壁挂式；传输距离：≤800 m（探测器到监测仪）；设计寿命：大于20年。

5.3、中子探测器

　　中子探测器采用进口H3探测器，内置工业CPU进行数据采集处理，与WF-9200采用RS485通讯，灵敏度高、线性好，寿命长，一致性好，可实现互换性，适用于测量环境级的射线测量。

　　中子检测仪技术性能：

　　探测射线类型：中子射线；探测器类型：H3；能量范围：热中子-14 MeV；参考能量：镅铍中子源；测量范围：0.1μGy/h～100000μGy/h；基本误差：≤±15%（镅铍中子源）；变异系数（统计涨落）：≤10%；长期稳定性：≤±10%（2μGy/h）；安装方式：壁挂或就地；外壳防护等级：IP64；探测器尺寸：Φ220×320 mm；供电：DC12V；输出：RS485通讯；重量：11.5 Kg。

5.4、移动式人员通道辐射检测仪

　　采用环境γ宽量程WF-PTM-F数字化塑料闪烁探测器。探测器采用3R3塑料闪烁晶体和光电倍增管作为探测元件，内置工业级CPU和高压模块，采用CW-HV双高压切换技术，有效拓宽了探测器测量范围，实时进行温度补偿，测量数据在探测器内部进行处理，与外部RS485进行通讯，保证了测量精度和环境适应性，具有灵敏度高、测量范围宽、精度高、抗干扰能力强、稳定性好、应用范围广的特点。

　　通道式辐射检测仪技术性能：

　　探测射线类型：Χ、γ；能量范围：30 keV～10 MeV；参考能量：137Cs，661keV；测量范围：0.01μSv/h～100mSv/h；能量响应：≤30%；响应时间：3S；各向同项响应：≤10%（4π立体角）；基本误差：≤±20%（137Cs，661keV）；长期稳定性：≤±10%，变异系数：≤10%；壳防护等级：IP65；通讯：RS485；供电：DC12V。

5.5、如图所示系统软件示例

放射性在线监管系统