核与辐射预警应急系统建设与运用分析

核与辐射预警应急系统建设与运用分析

于锋臣   孙雯雯

江苏清全科技有限公司  江苏南京  210019

摘要：核与辐射预警应急系统是在核事故应急指挥决策系统和核安全技术支持系统的基础上，以核与辐射监测网络、应急救援指挥通信系统、辐射防护监测和保障系统为基础，结合日常管理和技术支持，利用现代通信和计算机技术，建立的一套完整的信息共享、信息交换和实时通讯的核与辐射预警应急系统。本文就系统的建设与运行进行分析，旨在完善核辐射发生时的预警应急机制。

关键词：核辐射；无人机；预警应急

引言：我国拥有百万千瓦级的核电机组近20台，是世界上少数几个拥有百万千瓦级核电机组的国家之一，但由于历史原因，我国在核电厂建设和运行过程中仍存在一定的安全隐患。在核电安全监管方面，对与经营及系统能够发挥出较大作用，对核设施及辐射环境实施有效监管。

1.核与辐射预警应急系统的重要性

保护人民的生命安全：核与辐射事故可能对人体造成严重的伤害和死亡。建立完善的预警系统可以及时发现核与辐射危险，并通过及时的预警通知，帮助人们采取适当的避难和防护措施，最大程度地保护人民的生命安全。

保护环境与生态系统：核与辐射污染会对生态环境造成长期的影响，并可能导致生物多样性的损失。预警系统可以提前发现潜在的核与辐射风险，及时采取措施阻止事故的发生或扩散，从而保护环境与生态系统的完整性和健康。

促进社会稳定与安全：核与辐射事故不仅对人类健康和环境造成威胁，同时也会引发社会恐慌和不安。建立可靠的预警系统可以提高公众对核与辐射事故的认知和理解，减轻公众的恐慌情绪，稳定社会秩序，维护社会安全。

支持应急响应和处置：核与辐射事故发生后，快速、精准的信息传递和应急响应是保障事故处置效果的重要环节。预警系统通过及时提供相关信息，帮助应急部门迅速采取措施、调动资源，高效应对核与辐射事故，最大程度地减少伤害和损失。

2.核与辐射预警应急系统建设与运用

2.1水质低本底总α、总β在线监测系统

水质低本底总α、总β在线监测系统主要用于监测水体中的放射性物质，包括总α和总β活度[1]。系统能够实时监测水体中的总α和总β活度，及时发现异常情况。设置预警阈值，当监测数据超过预设范围时，系统能够及时发出警报和预警信息，提醒相关人员采取措施。系统支持远程监控和管理，可以通过网络远程查看监测数据和系统运行状态，实现远程操作和故障排除。

该技术采用仿生机器人作为主要的监测工具，保障其在水下的全自动智能化采集工艺。机器人可以通过身上安装的4个探测器对水体中核辐射情况进行样品采集。如图为系统框架。

图 1 水质低本底总α、总β在线监测系统

通过水质低本底总α、总β在线监测系统的建设与功能应用，能够及时获取水体中放射性物质的浓度信息，保证水质安全，及时发现和处理潜在的辐射污染问题，有效保护人们的健康和环境安全。

2.2核应急移动实验室

2.2.1三防系统内照射防护

核应急移动实验室应配备辐射监测仪器和设备，及时监测周围环境的辐射水平。监测结果需要实时传输到操作室，以便对辐射水平进行准确评估和预警。核应急移动实验室内部应设置辐射屏蔽材料，如铅、混凝土等，以减少辐射的穿透和泄漏。同时，实验室的设计应合理布置辐射源和检测设备，减少人员接触辐射源的可能性。由于核辐射污染多为气溶胶颗粒物的形态，在实验室中使用正压新风与止逆流的技术，使用压差将外部气体进行阻隔。

核应急移动实验室内的工作人员应佩戴适当的个体防护装备，如防护服、手套、防护面具等，以降低接触辐射物质的风险。根据实际情况，还可能需要使用个人剂量计来监测个人辐射剂量[2]。核应急移动实验室应制定完善的紧急应急计划，并对工作人员进行培训。在发生辐射事故时，能够及时采取措施，有序疏散人员和设备，最大限度地保护人员的安全。

2.2.2外照射屏蔽

在核应急移动实验室中，为了保障人员安全和防止外部辐射，MCNP（Monte Carlo N-Particle）外照射屏蔽是必要的。MCNP是一种常用的模拟计算软件，可用于模拟粒子在物质中的输运和相互作用。其需要根据实验室的具体需求和辐射源的特性，进行合理的屏蔽设计。通过计算和模拟，确定所需的屏蔽厚度和屏蔽结构，以达到预期的屏蔽效果。

比如在要处理的放射性物质是钚-239（Pu-239）。辐射源是一个球形样品，直径为10 cm，放射性活度为100μCi。根据国家或国际标准，我们需要确保在实验室外部人员暴露于该辐射源时，其年剂量限制不超过1mSv，因此需要选择使用混凝土作为屏蔽材料，密度为2.4g/cm³，吸收特性良好。其分析的具体数据如图。

图 2 辐射照射防护屏蔽监测数据

之后使用辐射监测仪器，如个人剂量计或环境辐射监测仪，对实验室内外的辐射水平进行实时监测和记录，确保辐射水平符合安全要求。核应急移动实验室中的MCNP外照射屏蔽是通过合理设计和使用适当的屏蔽材料来减少外部辐射的穿透，并通过辐射监测和隔离等措施确保人员和环境的安全。

2.3无人机应急监测系统

核与辐射无人机应急监测系统是一种利用无人机技术进行辐射监测和应急响应的系统。它具有高效、灵活及移动性强等特点，可以在核事故等紧急情况下迅速部署并提供辐射监测数据。本文为确保无人机平台具备足够的飞行时间、载荷能力和稳定性，使用多旋翼无人机平台。多旋翼无人机平台具有垂直起降和悬停能力，适用于近地低空飞行和局部区域监测。典型多旋翼无人机可以携带辐射传感器以及其他附加载荷，如相机和传感器组合。飞行时间通常为20-30分钟，无人机平台稳定性和操控性较好。多旋翼无人机可用于事故现场进一步侦察和辐射监测。如图为无人机检测应急系统架构。

图 3 无人机核与辐射应急系统架构

安装辐射监测传感器，如辐射剂量仪、放射性物质探测器等，用于实时采集辐射数据。可以使用高气压电离室辐射探测器，其是一种精密的辐射检测器，可测量γ射线和X射线的辐射剂量。探测器可以提供实时的辐射水平测量数据，以μSv/h（或其他辐射剂量单位）为单位。它具有高分辨率和高灵敏度，可检测低剂量辐射。

无人机与地面指挥中心之间建立可靠的数据传输通道，以便实时传输辐射监测数据和接收指令。通信系统可以采用无线电通信、卫星通信等方式。主要采用下位机向工控机链接发送数据的方式，工控机将其转换成上位机地面软件可以接受的格式。之后地面接收和处理无人机传输的辐射数据，并进行实时分析和预警。数据处理与分析系统应具备辐射数据处理算法、辐射源定位技术、数据可视化和报警功能，以及与其他应急系统的数据交换接口。如退数据传输方式。

图4 数据传输模式

2.4云服务器数据管理

核与辐射中使用ECS云服务器数据处理系统对核与辐射的放射值进行监测，该服务器可以监测仪器和传感器实时采集核与辐射数据，并将其传输到云服务器。运行相应的算法和模型对其进行清洗、处理和分析，提取有用的信息如辐射剂量、污染程度等。处理后的核与辐射数据存储在数据库中，确保数据的安全性和完整性，并提供查询和管理功能[3]。云服务器数据管理系统可以采用B/S结构，在运行中通过传感器数据传输到客户端，使用WEB浏览器对数据进行查看。为保障数据安全，还应用自定义快照服务，在数分钟内可以快速回复丢失数据，组织MAV欺骗，并防护DDoS攻击。如图为云服务器应急数据管理系统架构。

图 5 云服务器数据管理系统架构

通过安装核与辐射监测仪器和传感器监测核电站周围环境的辐射水平，将实时采集的数据传输至ECS云服务器。云服务器接收并处理这些数据，进行辐射剂量计算、污染程度分析等，并根据设定的阈值进行预警。预警信息通过可视化界面展示给操作人员，同时也可以发送报警通知。在发生核与辐射事故或异常情况时，相关人员可以及时采取紧急措施，保障人员安全和环境安全。

结语：综上所述，核与辐射预警应急系统的建设和运用对于保障公众的生命安全、环境保护和社会稳定具有重要意义。通过合理的系统架构、先进的监测技术和高效的数据处理与分析系统，可以有效预警辐射风险，并最大程度地降低辐射事故对人类和环境的影响。同时，通过系统的分析和优化，可以不断提升系统的性能和效能，为应急工作提供更强大的支持和保障。

参考文献：

[1]冯江平,黄仲明,刘焱,杨颖琪,陶扬,马世忠,张金帆.核与辐射预警应急系统的构建及应用[J].能源与环保,2023,45(08):56-60.

[2]李丹.辐射防护对燃料后处理厂房布置的影响与应对[J].中国辐射卫生,2023,32(02):141-145.

[3]陆地,周俊涛,孙晓飞,尚迪,毕可华,杜瑶芳.基于无人机技术的口岸核与辐射突发事件应急侦测系统研制[J].中国口岸科学技术,2022,4(07):4-10.