傅燦

(中廣核惠州核電有限公司，廣東 惠州，516338)

核電廠控制區(qū)出入輻射監(jiān)測系統(tǒng)(KZC系統(tǒng))具有個(gè)人劑量監(jiān)測和管理、表面污染監(jiān)測和保衛(wèi)邊界輻射監(jiān)測等功能。個(gè)人劑量監(jiān)測和管理包括控制區(qū)人員授權(quán)管理、個(gè)人劑量內(nèi)外照射監(jiān)測、電子劑量計(jì)監(jiān)測和劑量管控等功能，保證個(gè)人劑量符合限值要求，便于實(shí)施最優(yōu)化管理；表面污染監(jiān)測用于對離開控制區(qū)工作人員衣物、體表、小物品進(jìn)行污染檢查，防止污染擴(kuò)散；設(shè)置于電廠實(shí)體保衛(wèi)邊界的行人/車輛γ輻射監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測進(jìn)出核電廠的行人/車輛的輻射水平，防止放射性物質(zhì)未經(jīng)許可進(jìn)入和被帶出核電廠[1]。

隨著核電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，以及探測技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，KZC系統(tǒng)也存在一些優(yōu)化改進(jìn)的空間。

1 優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提升污染管控水平

目前KZC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有兩套獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)：一是個(gè)人劑量的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，由電子劑量計(jì)讀出器組網(wǎng)連接至中央服務(wù)器；二是人員/車輛輻射監(jiān)測儀(CSM)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。表面污染監(jiān)測設(shè)備包括C1型全身污染監(jiān)測儀(C1門)、C2型全身污染監(jiān)測儀(C2門)和小物品污染監(jiān)測儀(CPO)，均只能“就地”使用。現(xiàn)有KZC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示于圖1。

圖1 現(xiàn)有KZC系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

表面污染監(jiān)測設(shè)備(C1/C2/CPO)在日常監(jiān)測過程中，如果人員沾污報(bào)警或者設(shè)備故障報(bào)警，只有就地的聲響報(bào)警，需要通過工作人員的主動報(bào)告或者輻射防護(hù)和運(yùn)維人員巡檢發(fā)現(xiàn)，缺少遠(yuǎn)程污染監(jiān)控，造成輻射防護(hù)人員無法及時(shí)響應(yīng)和干預(yù)，存在無法第一時(shí)間鎖定污染源防止污染擴(kuò)散、部分工作人員在報(bào)警后自行處理污染、維修人員無法及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)等問題。

針對以上存在的不足，可以利用已有的個(gè)人劑量網(wǎng)絡(luò)光纖增加交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)表面污染監(jiān)測設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，并在輻射防護(hù)工程師辦公室、現(xiàn)場值班室、運(yùn)維辦公室等增加工作站，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程污染監(jiān)控，以加強(qiáng)輻射防護(hù)工作行為管理，提高機(jī)組污染管控的能力。改進(jìn)優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示于圖2。

圖2 優(yōu)化后的KZC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2 基于清潔控制區(qū)管理模式，優(yōu)化污染監(jiān)控屏障

核電廠一般將整個(gè)輻射控制區(qū)作為污染區(qū)，人員進(jìn)入需要更換控制區(qū)專用工作服。國內(nèi)三代核電EPR機(jī)組中開始采用清潔控制區(qū)的管理模式，在控制區(qū)中進(jìn)行污染分級，一般劃分為清潔區(qū)和污染區(qū)。人員進(jìn)入清潔區(qū)域無需更換工作服，進(jìn)入污染區(qū)按要求穿戴紙衣和其他防護(hù)用品[2]。清潔控制區(qū)的管理模式提升了進(jìn)入控制區(qū)的通行效率，減少了放射性廢物的產(chǎn)生，體現(xiàn)了卓越的輻射防護(hù)管理水平，部分在運(yùn)二代機(jī)組和在建三代機(jī)組也都在積極探索建立清潔控制區(qū)。

清潔控制區(qū)對污染監(jiān)測的要求也大大提高。與傳統(tǒng)核電站在控制區(qū)出入口設(shè)置C1門測量γ污染、C2門測量β污染的方式不同，采用清潔控制區(qū)模式的核電站，C1門通常設(shè)置在反應(yīng)堆廠房氣閘門出入口測量β污染，C2門設(shè)置在控制區(qū)出入口測量α和β污染。清潔控制區(qū)對污染管理的要求更高，因此要求C1/C2門必須有更高的探測效率等[2]。同時(shí)，為了防止污染擴(kuò)散，對出污染工作區(qū)和場所的污染監(jiān)測也有更高的要求[2-3]。

基于清潔控制區(qū)模式對污染監(jiān)測設(shè)備提出的要求，需進(jìn)一步優(yōu)化污染監(jiān)控的屏障的設(shè)計(jì)，提升設(shè)備污染監(jiān)測水平。

污染監(jiān)控的第一道屏障為污染區(qū)邊界的監(jiān)測，考慮到污染區(qū)的劃分，一般分為永久污染區(qū)和因檢修等作業(yè)產(chǎn)生的臨時(shí)污染區(qū)。

(1)對于污染比較嚴(yán)重的永久污染區(qū)，如反應(yīng)堆廠房、地坑較多的廠房，設(shè)置C1門。傳統(tǒng)的固定式C1門一般體積較大，考慮到廠房布置空間受限，需進(jìn)一步研制小體積的C1門或者移動式C1門。

(2)對于污染工作區(qū)的邊界，傳統(tǒng)模式一般采用便攜式β污染監(jiān)測儀進(jìn)行測量，缺點(diǎn)是手動測量的時(shí)間太長，且部分污染工作區(qū)場所γ劑量率較高。考慮到傳統(tǒng)的手腳污染監(jiān)測儀體積大，不便于現(xiàn)場移動使用，需進(jìn)一步研制簡易型的手腳污染儀，并提高在γ輻射場下的β探測效率。

污染監(jiān)控的第二道屏障為對于污染場地較多的廠房和人員主通道的定期污染普查。傳統(tǒng)地面污染監(jiān)測儀需要人工推行測量，效率偏低，污染普查效果較差。研制帶地面β污染測量的機(jī)器人，不間斷的對監(jiān)測場所進(jìn)行測量，將極大提升污染普查的效率，防止污染擴(kuò)散。

污染監(jiān)控的第三道屏障為控制區(qū)出入口的監(jiān)測。傳統(tǒng)的C1/C2門監(jiān)測方式，可簡化成C2門監(jiān)測。對于控制區(qū)出入口已經(jīng)設(shè)置C1門的電站，可將C1門設(shè)置為穿行模式，提高通行效率。對C2門的探測性能要求更高，需要提高探測效率，優(yōu)化探測結(jié)構(gòu)，以探測到更低的放射性污染水平和更大的人體表面探測面積。

污染監(jiān)控的第四道屏障為監(jiān)督區(qū)出入口的污染監(jiān)測?？紤]設(shè)置C3門進(jìn)行全身γ污染的監(jiān)測，以防止少數(shù)未被C2門檢測到的工作服上微量放射性的擴(kuò)散，提升污染監(jiān)控的屏障。

3 采用自動配發(fā)系統(tǒng)，優(yōu)化控制區(qū)進(jìn)出流程

核電廠個(gè)人劑量監(jiān)測一般采用電子劑量計(jì)(EPD)和熱釋光劑量計(jì)(TLD)組合的方式。傳統(tǒng)的方式是在控制區(qū)入口采用人工配發(fā)，工作人員進(jìn)入控制區(qū)后，將控制區(qū)通行證交給發(fā)表員，發(fā)表員配發(fā)電子劑量計(jì)和熱釋光劑量計(jì)，工作人員出控制區(qū)后交回劑量計(jì)領(lǐng)回控制區(qū)通行證[4]。

自動配發(fā)系統(tǒng)配備有配套的更衣柜、TLD配發(fā)柜和EPD配發(fā)柜等硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)同步自動管控。放射工作人員在配發(fā)柜上刷通行卡，系統(tǒng)驗(yàn)證通行授權(quán)有效后，自動分派可供使用更衣柜、EPD和TLD；當(dāng)放射工作人員完成工作出控制區(qū)后，刷通行卡，自動打開已經(jīng)分派的更衣柜、EPD配發(fā)柜、TLD配發(fā)柜，實(shí)現(xiàn)回收流程。

采用自動配發(fā)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)控制區(qū)通行授權(quán)的自動審核，系統(tǒng)與核電廠控制區(qū)通行授權(quán)管理系統(tǒng)、TLD動態(tài)配發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊，系統(tǒng)自動審驗(yàn)人員控制區(qū)通行授權(quán)信息，取消紙質(zhì)控制區(qū)通行證的攜帶和人工查驗(yàn)流程。

不同配發(fā)系統(tǒng)的流程比較示于圖3，自動配發(fā)系統(tǒng)減少了工作人員到控制區(qū)發(fā)表間領(lǐng)取、歸還鑰匙的業(yè)務(wù)流程，提高了控制區(qū)出入口的通行效率，降低了運(yùn)營成本。

圖3 傳統(tǒng)和自動配發(fā)方式流程比較圖

4 改進(jìn)設(shè)備指標(biāo)性能，提高輻射管控水平

核電廠出入輻射監(jiān)測系統(tǒng)中的設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，存在一些問題。較為常見的故障包括C2門探測器的故障率偏高、行人/車輛的誤報(bào)警等。隨著新型探測器技術(shù)和數(shù)字化信號處理技術(shù)的發(fā)展，KZC系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備也迎來改進(jìn)提升的機(jī)會。

C2型全身污染監(jiān)測儀采用門框式β污染檢測設(shè)備，在運(yùn)電廠一般采用流氣式探測器或者閉氣式探測器，優(yōu)點(diǎn)是探測效率高，缺點(diǎn)是密封膜容易破損，維修費(fèi)用較貴，易受環(huán)境溫濕度影響導(dǎo)致不穩(wěn)定。目前，隨著新型探測技術(shù)的發(fā)展，硅光電倍增管(SiPM)和塑料閃爍體已被應(yīng)用在部分β污染測量的儀表中，相比于傳統(tǒng)的光電倍增管，基于SiPM的閃爍探測器具有體積小、成本低、不需要高壓等優(yōu)點(diǎn)。C2門探測器改進(jìn)為SiPM探測器將提高設(shè)備探測性能，降低運(yùn)行維修成本。

行人/車輛γ輻射監(jiān)測儀采用安裝于道路兩側(cè)的一對大面積塑料閃爍體探測器。儀器一般采用動態(tài)本底監(jiān)測功能，以實(shí)現(xiàn)在天然本底變化的條件下對放射性靈敏有效的探測。但是在實(shí)際使用中經(jīng)常存在誤報(bào)警的情況：一種是在大量人員集中通過和大型車輛通過時(shí)，存在對環(huán)境本底的屏蔽，探測器會測到較低的本底，在人群和車輛離開探測器后，屏蔽作用消失，環(huán)境本底恢復(fù)，這時(shí)儀器會產(chǎn)生誤報(bào)警； 另一種常見的誤報(bào)警是車輛運(yùn)輸花崗巖等存在天然放射性物質(zhì)時(shí)，由于儀器無法區(qū)分造成報(bào)警。這些誤報(bào)警情況可以通過優(yōu)化算法或者增加核素識別功能來解決。

針對核電廠控制區(qū)出入口污染監(jiān)測設(shè)備的改進(jìn)和性能提升，如提升C2門探測效率、降低行人/車輛輻射監(jiān)測儀誤報(bào)警率等，將提升人員體表污染控制水平和輻射安全管控水平。

5 建設(shè)劑量大數(shù)據(jù)平臺，人工智能助力輻射安全

KZC系統(tǒng)中電子劑量系統(tǒng)服務(wù)器及相關(guān)軟件的功能包括建立工作人員劑量數(shù)據(jù)庫，對人員進(jìn)入控制區(qū)進(jìn)行確認(rèn)，對劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和生成報(bào)表。核電廠輻射安全管理中需要對劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括大修劑量預(yù)估和統(tǒng)計(jì)、單項(xiàng)工作的劑量最優(yōu)化評價(jià)、個(gè)人和班組的劑量分析等。

現(xiàn)有系統(tǒng)存在以下問題：一是分析功能和實(shí)際需求不匹配，由于現(xiàn)場工作和人員的變化，實(shí)際劑量分析的需求差別較大，軟件提供的固定分析功能往往和實(shí)際應(yīng)用差別較大，一般采用數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能后利用其他軟件再分析；二是系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)不夠豐富，現(xiàn)場劑量數(shù)據(jù)是和工單數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的，工單數(shù)據(jù)包括工單號、工作內(nèi)容、工單狀態(tài)、劑量和劑量率報(bào)警值、系統(tǒng)條件等等，如針對具體工作的最優(yōu)化劑量分析需要結(jié)合電子劑量數(shù)據(jù)和工單數(shù)據(jù)；三是劑量數(shù)據(jù)的分類比較困難，系統(tǒng)劑量數(shù)據(jù)是和個(gè)人每次進(jìn)出相關(guān)聯(lián)，而實(shí)際中該人員在單次進(jìn)入控制區(qū)可能同時(shí)實(shí)施了幾個(gè)工單，同一設(shè)備的檢修項(xiàng)目也存在差異，如何將劑量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分類到具體的檢修項(xiàng)目中存在很大的困難。

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合輻射安全管理的需求，整合輻射工作劑量及其它相關(guān)數(shù)據(jù)建設(shè)劑量大數(shù)據(jù)平臺成為一種發(fā)展趨勢。目前，各電廠和平臺公司對此均進(jìn)行了部分探索，但還是存在系統(tǒng)分散、接口復(fù)雜、故障率高、信息不一致、應(yīng)用效能提升不明顯等問題。后續(xù)可以考慮結(jié)合數(shù)據(jù)中臺和大數(shù)據(jù)平臺重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能手段建立劑量工單模型，深入挖掘個(gè)人劑量數(shù)據(jù)、場所輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)、機(jī)組源項(xiàng)數(shù)據(jù)、工單工時(shí)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場定位數(shù)據(jù)等的關(guān)聯(lián)性，為劑量管控和最優(yōu)化管理提供有價(jià)值的改進(jìn)建議。

6 結(jié)語

本文根據(jù)核電廠KZC系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和管理改進(jìn)需求，結(jié)合新型探測技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、清潔控制區(qū)、自動配發(fā)、性能提升、劑量大數(shù)據(jù)等方面提出了改進(jìn)優(yōu)化建議，對提升放射性污染控制、劑量最優(yōu)化管理等有一定的借鑒意義。