韓玉龍 趙正杰 李志浩

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2103-5042-7267

摘? 要：核電產(chǎn)業(yè)是一個(gè)與國(guó)家安全息息相關(guān)、具有較強(qiáng)外部性和公益性的特殊產(chǎn)業(yè)，因而不同于一般的競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)業(yè)。為確保核與輻射環(huán)境安全，為核事業(yè)的安全、健康發(fā)展保駕護(hù)航，開(kāi)展電離輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)是核事業(yè)發(fā)展和輻射環(huán)境保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。石島灣核電廠址輻射環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”）能實(shí)時(shí)在線連續(xù)監(jiān)測(cè)核電廠周?chē)椛洵h(huán)境水平，半定量分析γ核素，輻射監(jiān)測(cè)能力滿(mǎn)足“國(guó)核安函[2014]49號(hào)”、《輻射環(huán)境檢測(cè)技術(shù)》（HJ/T61-2001）的需求。該文對(duì)監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的外圍輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

關(guān)鍵詞：電離輻射? 輻射環(huán)境保護(hù)? 石島灣核電廠? 輻射監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：X837? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（b）-0032-04

Introduction of External Radiation Environment Monitoring System of Huaneng Shandong Shidaowan Nuclear Power Plant

HAN Yulong? ZHAO Zhengjie? LI Zhihao

（Shandong Nuclear and Radiation Safety Monitoring Center， Jinan， Shandong Province， 250022? China）

Abstract： Nuclear power industry is a special industry closely related to national security， with strong externality and public welfare， so it is different from the general competitive industry. In order to ensure the safety of nuclear and radiation environment and to protect the safe and healthy development of nuclear industry， it is an important link to carry out ionizing radiation environmental monitoring for the development of nuclear industry and radiation environmental protection. The on-site supervisory monitoring system for radiation environment of Shidaowan Nuclear Power Plant site （hereinafter referred to as "supervisory monitoring system"） can continuously monitor the radiation environment level around the nuclear power plant in real time and online， and semi quantitatively analyze the gamma nuclides. The radiation monitoring ability meets the requirements of "National Nuclear Safety letter [2014] No. 49" and radiation environment detection technology （HJ/t61-2001）. This paper briefly introduces the peripheral radiation environment monitoring system in the supervisory monitoring system.

Key Words： Ionizing radiation; Radiation environmental protection; Shidaowan Nuclear Power Plant; Radiation monitoring

核能和核技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，核電不僅可以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的電力需求，而且是改變中國(guó)能源結(jié)構(gòu)、減少二氧化碳和二氧化硫排放的有效手段之一。然而任何技術(shù)的應(yīng)用都是一把雙刃劍，其在給人類(lèi)帶來(lái)好處的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不利影響，核能和核技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用也不例外。電離輻射有其特殊性，看不見(jiàn)，摸不著，人體的感官無(wú)法感知，必須依靠專(zhuān)用的儀器設(shè)備，因此核電廠輻射環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)是必不可少的環(huán)節(jié)。

外圍輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是石島灣核電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，由分布在石島灣核電廠周?chē)?個(gè)方向的12個(gè)監(jiān)測(cè)子站構(gòu)成（站點(diǎn)MS1～M12，分別為場(chǎng)區(qū)邊界監(jiān)測(cè)站、東錢(qián)家監(jiān)測(cè)站、馬蘭耩監(jiān)測(cè)站、寧津街道辦監(jiān)測(cè)站、東墩監(jiān)測(cè)站、呂家莊監(jiān)測(cè)站、核電廠施工生活區(qū)監(jiān)測(cè)站、楮島村監(jiān)測(cè)站、東山街道辦監(jiān)測(cè)站、林家流監(jiān)測(cè)站、耩后楊家監(jiān)測(cè)站、前沿站監(jiān)測(cè)站），用于輻射環(huán)境24 h連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)子站采用一體化站房形式，分布在核電廠周?chē)?0 km范圍內(nèi)的12個(gè)站點(diǎn)上，每個(gè)站點(diǎn)根據(jù)需要配置有連續(xù)輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備、采樣設(shè)備、氣象參數(shù)測(cè)量設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施等，并充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)地監(jiān)督核電廠周?chē)h(huán)境中的輻射水平和變化趨勢(shì)的功能。

1? 在線檢測(cè)設(shè)備

在站點(diǎn)MS1～MS12上設(shè)置12套連續(xù)輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備，每套連續(xù)輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備包括1臺(tái)γ劑量率儀和1臺(tái)γ能譜儀，用于對(duì)空氣中γ輻射水平進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)具備聯(lián)網(wǎng)功能，能將實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)、報(bào)警信號(hào)等通過(guò)監(jiān)測(cè)子站主機(jī)傳輸至前沿站的監(jiān)督性監(jiān)測(cè)網(wǎng)[1-3]。

1.1 高氣壓電離室

高氣壓電離室是環(huán)境X-γ輻射監(jiān)測(cè)中應(yīng)用最廣泛的儀器之一，球形高氣壓電離室，內(nèi)充高壓純氬氣，具有自身本底低、靈敏度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，幾乎無(wú)角回應(yīng)并具有較好的能響特性，特別是對(duì)γ射線和宇宙射線電離成分劑量回應(yīng)接近，這對(duì)于天然環(huán)境輻射場(chǎng)中測(cè)量γ劑量率十分重要[4]。

石島灣前沿站選用是GE公司生產(chǎn)的RS-S131-200-ER0000型號(hào)高氣壓電離室，具有更廣的測(cè)量范圍：0～100 R/hr（0～1 Sv/hr），可調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)平滑過(guò)濾功能;較好的能量回應(yīng)：60 keV～3 MeV（相對(duì)137Cs回應(yīng)之差<±30%）;具有快速的回應(yīng)時(shí)間，極高的溫度穩(wěn)定性，高精確度（零點(diǎn)漂移：±0.5 μR/hr;增益漂移：±3%<35 μR/hr，±0.5%> 35 μR/hr）;良好的環(huán)境適應(yīng)能力，探測(cè)器工作溫度為-40 ℃～50 ℃，相對(duì)濕度為0～100%。

1.2 碘化鈉譜儀

閃爍探測(cè)器是利用閃爍體原子分子激發(fā)后退激時(shí)會(huì)發(fā)出熒光的原理，將光信號(hào)變?yōu)殡娒}沖來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)輻射粒子的目的。碘化鈉譜儀閃爍探測(cè)器具有探測(cè)效率高和靈敏體積大等優(yōu)點(diǎn)，其能量分辨率雖然不如半導(dǎo)體探測(cè)器好，但對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)[5-6]。其不僅支持人工輻射的快速探測(cè)，而且可以對(duì)原子同位素進(jìn)行確認(rèn)。其主要被用來(lái)進(jìn)行戶(hù)外檢測(cè)，可以在沒(méi)有維護(hù)的情況下連續(xù)使用。

石島灣前沿站選用的是SARAγ譜儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)連續(xù)進(jìn)行γ譜采集，能識(shí)別環(huán)境中的天然和人工放射性核素。靈敏度高，即使在小規(guī)模的核事故污染中，也能識(shí)別事故類(lèi)型，具有早期報(bào)警功能。探測(cè)器尺寸：3''×3''NaI（TI）探測(cè)器;能量范圍：30 kev～3 Mev;探測(cè)范圍：1 nsv/h～80 μsv/h;能量分辨率：≤6.9%（137Cs，662 keV）;多道分析器：2 048道;工作溫度：-20 ℃～+60 ℃。

2? 主要采樣設(shè)備

在站點(diǎn)MS1、MS2、MS6和MS7上設(shè)置4套采樣設(shè)備，每套設(shè)備包括氣溶膠取樣裝置、碘取樣裝置、氚取樣裝置、碳-14取樣裝置以及干濕沉降自動(dòng)采集裝置各一套，用于對(duì)核電廠外圍輻射環(huán)境中的氣溶膠、碘、氚、碳-14、沉降灰等環(huán)境樣品進(jìn)行累積采樣，樣品被送往前沿站的環(huán)境實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量分析。在4臺(tái)氣溶膠取樣裝置中，1臺(tái)為超大流量氣溶膠取樣裝置，布置于MS1;其余3臺(tái)為大流量氣溶膠取樣裝置，分別布置于MS2、MS6和MS7。氣溶膠采樣器和碘采樣器具備聯(lián)網(wǎng)功能，可以將通過(guò)監(jiān)測(cè)子站主機(jī)接收來(lái)自前沿站監(jiān)督性監(jiān)測(cè)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制指令，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)就地設(shè)備的遠(yuǎn)程啟?？刂坪投〞r(shí)采樣設(shè)置等功能。

2.1 氣溶膠采樣器

氣溶膠由固體或液體小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中形成的膠體分散體系，又稱(chēng)氣體分散體系。氣溶膠取樣目的，是為了監(jiān)測(cè)空氣受污染的程度，或評(píng)估地表污染的再懸浮程度。

氣溶膠采集器，一般由濾膜夾具、流量調(diào)節(jié)、顯示裝置和抽氣泵3個(gè)部分組成。取樣高度通常在距地面約1.5 m處，取樣系統(tǒng)的進(jìn)氣口和出氣口之間有足夠大的距離，以防止形成部分自循環(huán)。取樣地點(diǎn)應(yīng)避免選擇在公路旁或高大建筑物附近，以防止微氣象狀況異常，以及人為因素的影響。氣溶膠采樣器能夠顯示瞬時(shí)流量、采樣累積體積、采樣累積時(shí)間，斷電后數(shù)據(jù)不清空。站點(diǎn)MS2、MS6、MS7使用的是大流量氣溶膠采樣器，型號(hào)：HH02-LS120;過(guò)濾效率為99.999%;取樣流量：60～120 m3/h;濾紙尺寸：27×21，有效采樣面積≥500 cm2。站點(diǎn)MS1使用的是超大流量氣溶膠采樣器，型號(hào)：HH02-SS2000;濾效率：99.999%;取樣流量：600～900 m3/h;濾紙尺寸57×37;有效采樣面積≥2 100 cm2。

2.2 碘采樣器

碘-131是β-衰變核素，發(fā)射β-射線（99%）和γ射線（1%），β射線最大能量為0.606 5 MeV，主要γ射線能量為0.364 MeV。半衰期為8.02 d。碘-131屬高毒性核素，緊要器官是甲狀腺，對(duì)人體的有效半減期為7.6 d，在人體內(nèi)的最大容許積存量為1.8×106 Bq。

由于除了氣溶膠形態(tài)的放射性碘外，還存在普通粒子濾紙不易收集的碘形態(tài)存在。為了有效收集碘，必須采用特殊的過(guò)濾芯。通過(guò)這種濾芯的流速一般要低于正常氣溶膠的取樣流速。采用活性炭（TEDA）收集碘和惰性氣體，利用高純鍺γ譜儀很容易區(qū)分不同核素。TEDA碘盒元素碘的過(guò)濾效率≥99%;甲基碘的過(guò)濾效率≥95% （35 ℃，相對(duì)濕度>70%）;取樣流量：30～130 L/min。能夠顯示瞬時(shí)流量、采樣累積體積、采樣累積時(shí)間，斷電后數(shù)據(jù)不清空。

2.3 大氣全氚采樣儀

氚又被稱(chēng)為重氫，是低能純?chǔ)?衰變核素，β-射線的最大能量為0.018 61 MeV，半衰期為12.323年，比活度為1.077×1015 Bq/mol。氚屬低毒性核素，對(duì)人體的有效半減期為12 d，在人體內(nèi)的最大容許積存量為7.4×107 Bq。大氣環(huán)境中氚的存在形態(tài)主要是HT0（包括T2O）、HT（包括T2）和CH3T。

HR-TSO1大氣全氚采樣儀配備自定義運(yùn)行模式和自動(dòng)運(yùn)行模式，可通過(guò)觸摸屏設(shè)置采樣參數(shù)和開(kāi)關(guān)設(shè)備，并進(jìn)行控制和顯示管理。采樣時(shí)大氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器除去大氣中的塵粒和氣溶膠后，由氣泵質(zhì)量流量計(jì)控制依次經(jīng)過(guò)高溫催化氧化反應(yīng)器和半導(dǎo)體冷阱。高溫催化氧化反應(yīng)器在工作時(shí)溫度高達(dá)400 ℃，內(nèi)裝填有貴金屬催化劑，使大氣中的可氧化氣態(tài)氚被氧化成水;半導(dǎo)體冷阱使用自循環(huán)水冷卻，使其在高溫天氣仍能保持低溫工作，保證對(duì)空氣中水分有效的冷凍收集。取樣流量：10～60 L/h;半導(dǎo)體冷阱工作溫度最低可達(dá)-30 ℃;催化床工作溫度：400 ℃;HTO的捕集效率：≥95%。

2.4 碳-14采樣器

碳-14是低能純?chǔ)?衰變核素，β-射線的最大能量為0.155 MeV，半衰期為5 730年。碳-14屬低毒性核素，對(duì)人體的有效半減期為10 d，在人體中的最大容許積存量為1.48×107 Bq?？諝庵械奶?14可以以多種化學(xué)形態(tài)存在，其中最重要一種為14CO2。

SEDC公司生產(chǎn)的HAGUE 7000碳-14采樣器可以同時(shí)收集空氣中的氣態(tài)碳和水態(tài)聚合物碳，該采樣器使用4個(gè)開(kāi)口密封的收集瓶加冷凝系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間（最長(zhǎng)1個(gè)月）的有效連續(xù)收集，碳-14采樣器所采集的氣體以CO2為主，CO2可以直接通入含有 NaOH（濃度為1 mol/L）溶液的采樣瓶進(jìn)行采集。空氣中還有多種碳的化合物，比如CH4和CO，這些氣體不能直接采集，所以經(jīng)過(guò)第一階段的收集后，這些不能被吸收的氣體要被催化氧化生成CO2氣體，再通入采樣瓶中收集。同時(shí)收集瓶相對(duì)密封，可以有效防止樣品的蒸發(fā)，造成樣品的污染。取樣流量10～60 L/h;捕獲效率大氣中14C：≥85%;甲烷中14C：≥90%;重復(fù)性：±0.8%;流量精度好于±1%;配置了冷卻裝置和催化單元，能夠顯示瞬時(shí)流量、采樣累積體積、采樣累積時(shí)間，斷電后數(shù)據(jù)不會(huì)被清空。

2.5 干濕沉降采樣器

大氣顆粒物通過(guò)干沉降和濕沉降兩個(gè)過(guò)程移出大氣。干沉降是指顆粒物通過(guò)重力下落、擴(kuò)散傳輸或兩者的共同作用，沉積于土壤、巖石、植被和水面等地表面移出大氣，也可以通過(guò)與表面碰撞或被突出物攔截而移出。濕沉降是指顆粒物參與云滴的形成，并發(fā)展為降水的過(guò)程中，被降水收集、沖刷而隨降水下落至地表的過(guò)程。沉降取樣的目的，是估計(jì)環(huán)境放射性的沉降量和評(píng)價(jià)沉降放射性的長(zhǎng)期累積傾向。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是取樣方法簡(jiǎn)單，容易操作。

HR02-DWS560型干濕沉降采集器適用于長(zhǎng)時(shí)間采集大氣中輻射干濕性沉降物品，防塵蓋根據(jù)晴天、雨天的天氣狀況，選擇性地蓋在濕桶或干桶上。防塵蓋采用四連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，依靠感雨器傳感器探測(cè)是否有降水（雨），接到降雨信息后上下和平移運(yùn)動(dòng)，在雨雪天開(kāi)啟濕桶上的防塵蓋，關(guān)閉干桶，采集濕沉降;晴天則開(kāi)啟干桶蓋上的防塵蓋，關(guān)閉濕桶，采集干沉降。由于防塵蓋能夠準(zhǔn)確平穩(wěn)地蓋在采集桶上，保證采集桶具有良好的密封性，從而確保樣品的真實(shí)性。干沉降樣品桶水位總高度超過(guò)40 cm，配備兩個(gè)25 L濕沉降收集容器和一個(gè)10 L干沉降收集容器。

3? 輔助類(lèi)設(shè)備

在站點(diǎn)MS1-MS11上設(shè)置11套基本氣象參數(shù)測(cè)量設(shè)備，每套包括1臺(tái)量雨計(jì)、1個(gè)感雨器、1套風(fēng)速方向傳感器、1臺(tái)溫濕度傳感器、1臺(tái)氣壓傳感器，用于對(duì)核電廠周?chē)鷧^(qū)域的基本氣象參數(shù)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。在站點(diǎn)MS12上設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測(cè)場(chǎng)，該標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)配置一套標(biāo)準(zhǔn)的氣象觀測(cè)設(shè)備，用于連續(xù)實(shí)時(shí)地采集前沿站附近區(qū)域的雨量、感雨、風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度、氣壓、總輻射、凈輻射以及地表溫度等氣象參數(shù)，見(jiàn)表1。

4? 數(shù)據(jù)匯總與傳輸

數(shù)據(jù)匯總中心位于前沿站實(shí)驗(yàn)室的匯總處理傳輸室，其中設(shè)置一套監(jiān)督性監(jiān)測(cè)網(wǎng)。監(jiān)督性監(jiān)測(cè)網(wǎng)是一個(gè)局域網(wǎng)，用于監(jiān)控和匯集各監(jiān)測(cè)子站的環(huán)境、氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及流出物在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警和傳送。

監(jiān)督性監(jiān)測(cè)網(wǎng)與省級(jí)數(shù)據(jù)匯總點(diǎn)的指定端口間建立專(zhuān)用虛擬網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道，通過(guò)該通道可將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至省級(jí)數(shù)據(jù)匯總中心，再由省級(jí)匯總中心通過(guò)已經(jīng)建成的國(guó)控網(wǎng)系統(tǒng)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)匯總中心。監(jiān)督性監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議滿(mǎn)足《輻射環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議規(guī)范》（國(guó)環(huán)輻[201416]號(hào)）的要求。

5? 結(jié)語(yǔ)

核電站外圍環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，石島灣前沿站按照“借鑒經(jīng)驗(yàn)、提前介入、全程參與、確保質(zhì)量”的工作原則，自石島灣前沿站規(guī)劃開(kāi)始，就參與了前沿站設(shè)計(jì)方案審查，以及選址、建設(shè)、設(shè)備采購(gòu)、安裝調(diào)試的全過(guò)程，先后多次派人到核電廠相關(guān)部門(mén)進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，共同研究解決前沿站建設(shè)、設(shè)備安裝調(diào)試過(guò)程中的矛盾和問(wèn)題。2020年12月11日，石島灣前沿站通過(guò)了生態(tài)環(huán)境部華東核與輻射安全監(jiān)督站組織的預(yù)驗(yàn)收，是國(guó)內(nèi)第一個(gè)在核電廠投料運(yùn)行前完成預(yù)驗(yàn)收的前沿站，為核電廠投料發(fā)電安全生產(chǎn)提供了保障;系統(tǒng)自2021年1月以來(lái)空氣吸收劑量率（5 min）數(shù)據(jù)捕獲率持續(xù)保持在99.9%以上，在同類(lèi)前沿站中處于領(lǐng)先水平，可為國(guó)內(nèi)同類(lèi)系統(tǒng)的建設(shè)提供值得參考和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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