核与辐射预警应急系统的构建及应用.pdf

第 卷第 期能源与环保 年 月 收稿日期：；责任编辑：郭海霞 ：基金项目：生态环境部核与辐射安全监管项目（环办核设函 号）；深圳市科技创新委员会基础研究（面上项目）（）作者简介：冯江平（），男，广东梅州人，工程师，年毕业于深圳大学，现从事放射性测量与应急工作。引用格式：冯江平，黄仲明，刘焱，等 核与辐射预警应急系统的构建及应用 能源与环保，（）：，（）：核与辐射预警应急系统的构建及应用冯江平，黄仲明，刘焱，杨颖琪，陶扬，马世忠，张金帆（广东省深圳生态环境监测中心站，广东 深圳 ；鹏辐生态环境技术（深圳）有限公司，广东 深圳 ）摘要：针对深圳市核与辐射事故应急的严重压力，通过采用反渗透膜富集浓缩技术，布设自动监测网络，研发核应急移动实验室和大数据分析等技术手段，搭建了核与辐射预警应急系统，实现了核与辐射事故预警监测的目的，提高了应急响应的效率。为核与辐射事故的评价和决策提供了科学有效的手段，有效保障了国家核事业的良性发展，具有良好的社会经济效益。关键词：核事故；辐射监测；自动监测；应急监测；预警系统中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；（），）：，：；截至 年 月，我国在运商用核电机组 台，在建机组 台，在建商用核电机组连续多年保持世界第一，在运在建核电机组总数为全球第二，已核准拟建机组 台 。等 的研究表明，核能的发展能够更好地减少碳排放。根据 国民经济和社会发展第十四个五年规划和 年远景目标纲要（以下简称“规划纲要”）和 年前碳达峰行动方案 ，未来核能在我国清洁能源低碳系统中的定位将更加明确，核电建设将积极安全有序发展 ，以“华龙一号”“国和一号”等自主化三代核电为主进行规模化、批量化建设 。如何在核能安全发展和经济高效发展之间取得平衡，并做好核事故情况下的安全保障工作，已成为我国在核能与经济发展过程中的重要课题。深圳市作为中国特色社会主义先行示范区，拥有全国最大的核电基地（台机组），还有微型反应堆和放射性废物库，面临着严重的核与辐射环境监测和应急响应的压力。从 年日本福岛事件到朝鲜核爆事件可知，国际辐射形势日益严峻，辐射环境自动监测和应急监测能力是应对各种核与辐射事故（事件）的重要支撑。目前关于核与辐射应急系统的研究多为国家层面的建设，地市级的应急系统研究不多。为了提高深圳市核与辐射环境自动监测能力和应急监测能力，做好居民核安全保障工作，实现快速预警和应急的目的，在专项资金支持下，开展了核与辐射环境自动监测、核应急移动实验室的快速应急监测和大数据分析等技术的攻关，组建了自动监测网络，构建了核与辐射预警应急系统，提高了 年第 期冯江平，等：核与辐射预警应急系统的构建及应用第 卷预警和应急响应的效率。技术路线框架如图 所示。图 技术路线框架 水质低本底总 、总 在线监测系统核事故情况下，会产生大量放射性物质并随水体、大气、食物链等多种方式传播 ，其衰变产生的 射线会随相应介质传播至人体内，造成内照射伤害，甚至会引发癌症，严重影响人类生产生活 。在标准 水质 叶绿素 的测定 分光光度 法（）、水质总 放射性的测定厚源法（）规定的传统实验室前处理方法中，需要进行蒸发、浓缩、焚烧、过秤等一系列繁琐的试验步骤，在样品转移、称量和铺样过程中均可能产生人为误差；对于使用到的化学试剂及产生的废水，需要进行严格管理和统一储存处理；极易为周围环境带来二次污染，对管理也将带来一定的难度；同时由于繁琐的步骤、长时间的测量，至少需要 才能完成一个样品的测量分析工作。膜分离是以外界能量或化学位差为动力，将溶液进行分离、富集或纯化的过程 。目前已研发出微滤、超滤、纳滤、反渗透等类型过分离膜，根据各种膜特有的分离特性，已应用于海水淡化、市政饮用水、纯水超纯水制备等诸多行业 。研究采用复合反渗透膜对待测水样自动完成富集制样，结合仿生机器臂技术、智能流程自动化控制技术、实时传输等高新技术，形成低本底水质在线 、监测分析系统（图 ）。新型反渗透膜，在普通 反渗透膜表面增设亲水层，减弱浓度差极化，改进后的反渗透方法极大改善了水样富集的核素回收率（在 以上）；此外，改进型反渗透膜通过纯物理方法实现水中放射性核素的富集浓缩，膜仅起着“筛分”收集的作用，制样过程无需任何化学试剂，制样产生的水为纯净水，无二次污染风险。图 水质低本底总 、在线监测分析系统技术框架 、本技术采用仿生机器人，将采样、前处理和监测分析等步骤实现全自动智能化流转工艺，无需进行人为的操作，有效避免了人员操作带来的误差，克服了传统方法流程复杂、周期长、容易产生误差的缺点。系统内置 套富集装置和 个探测器，每个装置及探测器相互独立、互不干扰，每天完成 个样品的采样分析工作，监测效率提升了 倍，攻克了传统实验室内进行地表水总放射性制样、检测周期长，不能对核污染事故及时响应等弊端。同时，由于采用 年第 期能源与环保第 卷了无人自动化监测技术，大大降低了人工成本，具有良好的社会经济效益。应用物联网和大数据分析技术，在低本底水质在线 、监测分析系统中加入远程联动装置，解决了远程控制系统的问题；结合数据传输模块，将监测数据实时传输至动态预警监测系统，实现了对水体放射性的预警和监测功能，为辐射水平动态系统提供底层数据，为核与辐射事故影响评价与决策提供了技术支撑。核应急移动实验室 三防系统内照射防护核事故情况下的放射性物质，多以附着在气溶胶颗粒物的形式在环境中扩散；同时，在核事故情况下极大可能伴有生化事故的发生。针对核事故下的放射性烟羽特点，设计提出了适用于核事故的三防系统，利用正压新风和止逆流技术，在室内产生次高压标准空气，并利用压差原理使移动实验室内达到防止外部气体进入、内部空气正常排出的效果。针对气溶胶颗粒物的物理形态，设计提出了一种能够阻断放射性气溶胶颗粒和生化有害气体进入的过滤装置，进一步降低了有害气体进入室内的可能。搭配气密性设计、多区域隔断方式、完整的洗消系统，解决了人员进入实验室带来放射性污染的问题，有效解决了工作人员内照射防护的难点。设计外照射屏蔽以核事故后果较为严重的 种设计基准事故（）为例，以烟羽应急计划区内区（距离核电 ）边界处 个风向为基准，建立了核事故扩散模型，评估了边界处的环境剂量率水平。在此基础上，采用蒙特卡罗（）算法，设计了移动实验室外照射屏蔽方案，能够适用各种核事故类型各种核电周边环境特点，实现用最轻便、最简约的方法将工作人员外照射剂量达到可合理尽量低的安全效果。本设计成功解决了工作人员外照射防护的问题。各类核事故下工作人员外照射有效剂量估算见表 。表 移动实验室内工作人员最大受照射剂量占控制值百分比 事故类型有效剂量 有效剂量占控制限值百分比 控制值 （失水事故）（控制棒弹出事故）（燃料操作事故）（蒸发器传热管破裂事故）（安全阀误卡开事故）（主蒸汽管道破裂事故）（容积控制箱破损事故）（废气衰变罐破损事故）非居住区边界上公众在事故后 内以及规划限制区外边界上，公众在整个事故持续时间内可能受到的有效剂量应控制在 以下 自动采样装置减少人员照射利用研发的智能化精准控制软件，结合自主设计的机械挖手，研发了自动采样装置。工作人员可从实验室内部进行精准控制，操作外部采样装置进行准确采样，能够精准控制采样面积、采样深度及采样量。实现了“足不出户”的采样模式 ，解决了人员外出采样的问题，有效减少了人员的受照风险。核应急移动实验室的设计，解决了人员内照射防护和外照射防护的问题，有效保障工作人员在内部安全工作超过 。研发的自动采样装置配合核与辐射分析实验设备、自动在线监测设备和数据传输系统，实现了快速监测核事故污染水平，能够即时将监测数据传输至动态预警监测系统，减少应急响应时间 以上，为核与辐射事故影响评价与决策提供了技术支撑。核与辐射预警应急系统应用电离辐射自动监测子站和大数据管理分析技术，集成创新构建了动态预警监测网络，通过大数据管理分析技术，开发了辐射监测数据分析评价软件，构建了核与辐射预警监测与应急决策平台。本研究设计了电离辐射水平自动监测布局及参数，在核电站周边建设了 个电离辐射水平自动监测子站（含 个低本底水质总 、在线监测站），通过实时数据渲染，构建了动态预警监测网络（图 ），实现了动态预警监测及应急监测功能 。结合气象地理信息，通过大数据管理分析技术，开发了辐射监测数据分析评价软件，构成了核与辐射预警监测与应急决策平台，实现基于实时监测数据的核电站周边辐射污染动态评估软件系统（图 年第 期冯江平，等：核与辐射预警应急系统的构建及应用第 卷），为核事故应急决策提供技术支持。图 动态预警监测网络布点 图 核事故污染后果评价系统 应用情况研究于 年开始探索研究，年逐步启用，各项关键技术逐个突破，并陆续产业化。在应用过程中也在不断地进行优化。研究的创新技术之一“低本底水质在线 、监测分析系统”已在甘肃省核与辐射安全中心、湖南省辐射环境监督站得到良好的应用。核与辐射预警应急系统已在深圳市核应急办、深圳市生态环境局中得到应用，是 年“广东省第十一次核事故应急演习暨大亚湾 岭澳核电站场内外联合应急演习”中场外应急监测的核心技术手段，在应急演习 年第 期能源与环保第 卷中发挥了关键作用，使场外应急指挥与决策更加高效、科学、合理，演习最终取得圆满成功，并被评估团综合评价为“优”等级，向全国展现了先行示范的核应急演习范例，为我国核应急监管能力带来总体性提升，具有良好的社会效益。总结为了应对深圳市严重的核与辐射应急压力，通过复合反渗透膜技术研发了水质低本底水质总 、测量系统，解决了水体放射性快速测量的问题；通过应急移动实验室的创建，实现了在烟羽应急计划区内快速采样、分析；通过辐射环境自动监测站的建设，结合大数据分析技术，形成国内建设规模最大、监测项目最全、布点密度最高的辐射环境自动监测网络；最终构建了一套核与辐射预警应急系统。研究为核事故提供了有效的应急响应手段和日常预警监测能力。项目融合核应急移动实验室、辐射环境自动监测站等技术手段，为核事故日常预警监测、事故后果评价、分析研判、核事故应急指挥决策及响应行动提供了扎实的技术基础和依据，能够降低核事故造成的不良后果影响，提高核事故应急科学响应效率，减少公众对核事故的恐慌心理，符合核事故应急管理工作“常备不懈、积极兼容、统一指挥、大力协同、保护公众、保护环境”的方针要求。展望研究成果能够长期节约辐射环境监测和应急响应人才投入，对全国核电核事故应急响应提供了先进蓝本，降低了单个核电核事故应急投入。应急移动实验室能够实现周边核电核事故应急支援，减少其他核电的应急能力建设的投入。在核与辐射事故的应急情况下，空中烟羽监测及海洋放射性污染监测同样是核与辐射事故预警及监测工作中的重要内容之一。在今后的主要研究工作中，将重点解决空中放射性巡测以及海洋放射性自动监测中存在的问题，把辐射监测范围拓展到海域和空域，实现“海、陆、空”一体化监测网络的构建。参考文献（）：李言瑞，陈超，宿吉强，我国大陆核电机组及发电量预测情况 ：？，：，（）：国民经济和社会发展第十四个五年规划和 年远景目标纲要 北京：人民出版社，年前碳达峰行动方案（国发 号），：，（）：中国核能行业协会 中国核能发展报告 北京：社会科学文献出版社，刘盼，党同强，何鹏，等 核事故下放射性核素多介质耦合弥散模型 辐射研究与辐射工艺学报，（）：，（）：刘庭立，陈雪泉，张文治，等 某区域食入放射核素所致内照射剂量及评价 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