黑龍江省輻射環(huán)境劑量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)分析與研究

肖 丹，侯躍新，李 巖，李 鋼，楊 斌

（黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所，哈爾濱 150010）

輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)是我國輻射環(huán)境保護(hù)事業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施之一。由于輻射環(huán)境監(jiān)測起步較晚，環(huán)保投入少，目前我國的輻射環(huán)境監(jiān)測能力不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，不能滿足我國輻射環(huán)境保護(hù)的需要，而且也不能勝任目前所承擔(dān)的任務(wù)，與我國目前的非輻射環(huán)境監(jiān)測能力水平相比，也存在較大差距，儀器設(shè)備缺乏、陳舊，監(jiān)測方法不配套，分析手段不全，事故應(yīng)急響應(yīng)能力差。因此，抓緊輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)的建設(shè)工作已成為當(dāng)務(wù)之急。

1 輻射環(huán)境劑量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

1.1 國外現(xiàn)狀

20世紀(jì)中葉，美蘇兩國開始進(jìn)行大氣核試驗(yàn)，各發(fā)達(dá)國家開始重視環(huán)境輻射的監(jiān)測工作。特別是進(jìn)入20世紀(jì)70年代以后，世界核電開始了大規(guī)模發(fā)展，與其相應(yīng)，核設(shè)施附近的環(huán)境監(jiān)測也不斷強(qiáng)化和完善，一些國家逐步建立起完整的環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)，既監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量狀況，又監(jiān)測重點(diǎn)污染源。在歐美等發(fā)達(dá)國家都建成了較完善的輻射監(jiān)測網(wǎng)，這些網(wǎng)站擔(dān)負(fù)著本地區(qū)核事故與輻射事故應(yīng)急監(jiān)測工作。世界環(huán)境放射能監(jiān)測網(wǎng)是由美國環(huán)境測定研究所(EML)、英國原子能廳(UKAEA)、聯(lián)合國的國際原子能機(jī)構(gòu)(FAEA)以及世界氣象組織(WMO)等組織開展起來的，其中EML的監(jiān)測網(wǎng)已經(jīng)有30多年的監(jiān)測業(yè)績，在歐洲共同體內(nèi)部，由歐共體委員會(CEC)的一個(gè)部門負(fù)責(zé)維持監(jiān)測網(wǎng)。日本在核設(shè)施相對集中的福島開展了環(huán)境放射性監(jiān)測，從空間射線量開始，一直到大氣飄塵、沉降物、土壤、河流水、海水、農(nóng)產(chǎn)品、海產(chǎn)品等。英國政府在全國范圍內(nèi)按網(wǎng)格建立了總共近92個(gè)自動監(jiān)測網(wǎng)站，設(shè)立了γ輻射劑量的連續(xù)自動監(jiān)測設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，用于監(jiān)測本土和國外的核事故以及本土范圍內(nèi)的放射性水平增加的異常情況。瑞典等北歐國家也都建立了自動連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)。各個(gè)國家的監(jiān)測手段十分先進(jìn)，如采用遠(yuǎn)程遙控技術(shù)和自動分析技術(shù)［1］。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

我國的環(huán)境輻射監(jiān)測及安全監(jiān)督管理起步較晚，自開始建設(shè)民用核電站開始，才逐漸成熟和完善。目前我國的環(huán)境輻射性監(jiān)測主要集中于核電站周圍，廣東大亞灣核電站和浙江秦山核電站周圍分別設(shè)置了8個(gè)和6個(gè)自動監(jiān)測點(diǎn)［2］，裝有寬量程環(huán)境γ連續(xù)監(jiān)測儀，可24h運(yùn)行，獲得的數(shù)據(jù)采用無線或有線傳輸，平均每5min向控制室發(fā)送一次數(shù)據(jù)。

香港在20世紀(jì)90年代初就建立了環(huán)境輻射監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)共建有10個(gè)固定監(jiān)測站，連續(xù)地監(jiān)測香港的環(huán)境γ輻射水平。在27個(gè)固定監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置了熱釋光劑量計(jì)，以測量長時(shí)間積累的環(huán)境γ輻射劑量，同時(shí)進(jìn)行大氣和水體的取樣分析。除了香港地區(qū)外，與發(fā)達(dá)國家相比，其他地方的環(huán)境輻射監(jiān)測起步較晚、投入較少、缺乏儀器設(shè)備，且陳舊老化，管理落后，在反映環(huán)境質(zhì)量狀況方面，如進(jìn)行核素分析和γ輻射劑量率連續(xù)監(jiān)測等，還處于較低的水平。

2 黑龍江省輻射環(huán)境劑量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必要性

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，核技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。核技術(shù)在給人們帶來巨大幫助和實(shí)惠的同時(shí)，也為人類及環(huán)境的安全增添了一定的隱患。放射性物質(zhì)的污染是一種無形的污染，它隨時(shí)間、空間變化，也受氣候條件、季節(jié)、地形、地物等因素的影響，一旦地區(qū)環(huán)境受到污染，則會給人民群眾的生命安全和身體健康帶來巨大的威脅，給社會帶來不穩(wěn)定因素。因此，連續(xù)自動在線監(jiān)測和預(yù)警對環(huán)境監(jiān)測和分析具有重要的意義。建立環(huán)境γ輻射在線監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)能及早發(fā)現(xiàn)來自大氣途徑的放射性污染，及時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)警并掌握地區(qū)放射性污染狀況，及時(shí)向有關(guān)政府決策部門提供準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果，以便采取積極預(yù)警措施.將放射性污染造成的損失降到盡量低的水平，保護(hù)公眾健康、維護(hù)社會安定、創(chuàng)造良好環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

黑龍江省位于中國的東北邊陲，與俄羅斯毗鄰，與朝鮮、日本相望。而俄羅斯是核能利用大國，在邊境口岸經(jīng)常發(fā)現(xiàn)含有放射性物質(zhì)的工業(yè)垃圾，對邊境口岸環(huán)境造成輻射污染，尤其是1986年切爾諾貝利核電廠4號1000MW沸水反應(yīng)堆發(fā)生堆芯熔化和大量放射性外泄的災(zāi)難性輻射事件，對我省的邊境地區(qū)產(chǎn)生了一定影響。自2006年以來，朝鮮接連三次在中朝邊境地區(qū)進(jìn)行了地下核試驗(yàn)，嚴(yán)重影響了我國輻射環(huán)境的安全并引起了我國的高度重視。2011年日本的福島核電站事故震驚了全球，在事發(fā)后不到半月，在我省東北部監(jiān)測點(diǎn)的氣溶膠樣品中檢測到了極微量的人工放射性核素碘-131，之后相繼在撫遠(yuǎn)縣、饒河縣、虎林縣、東寧縣等四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的氣溶膠樣品中檢測到了極微量的人工放射性核素碘-131［3］，通過結(jié)合當(dāng)?shù)剌椛洵h(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)所檢測到的碘-131來自日本福島核事故，這對我國的輻射環(huán)境及公眾安全造成了極大影響。

因此，根據(jù)黑龍江省的特殊地理位置，建立健全黑龍江省的輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，是非常科學(xué)的、合理的和必要的。目前，黑龍江省已有國家輻射環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)26個(gè)，自主設(shè)立2個(gè)省控水體監(jiān)測點(diǎn)（松花江肇源江段、三江匯合口同江江段），可能受到影響的區(qū)域2個(gè)（牡丹江市東寧縣、雞西市）。如何有效地將這30個(gè)點(diǎn)位連成一片，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化管理，并在重點(diǎn)地區(qū)增設(shè)相應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)，既能及時(shí)監(jiān)測輻射環(huán)境質(zhì)量，監(jiān)督周邊國家和地區(qū)核電站反應(yīng)堆的人工放射性物質(zhì)及本地區(qū)核技術(shù)應(yīng)用單位的γ輻射對我省的影響，又能迅速實(shí)施核與輻射事故應(yīng)急預(yù)案，使各項(xiàng)損失降到最低；同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)，又可加快和推進(jìn)智慧型城市建設(shè)的步伐，對社會地區(qū)間的安定發(fā)展都將起到不可估量的作用。

3 黑龍江省輻射環(huán)境劑量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)構(gòu)想

3.1 監(jiān)測終端信息平臺設(shè)計(jì)

本文利用GPRS、GPS和現(xiàn)代化信息管理等技術(shù)，設(shè)計(jì)滿足黑龍江省內(nèi)輻射環(huán)境監(jiān)測要求的監(jiān)測終端信息平臺，使監(jiān)控終端具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、GPS定位、實(shí)時(shí)預(yù)警、遠(yuǎn)程無線接入互聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置等功能，監(jiān)測中心可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)警等功能。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測終端信息平臺結(jié)構(gòu)框圖

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互部分主要實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)環(huán)境劑量、坐標(biāo)位置以及其他有關(guān)信息的采集，同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)對各現(xiàn)場監(jiān)控終端的參數(shù)設(shè)置和參數(shù)調(diào)取等功能。平臺根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，可對監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行監(jiān)測，提供地圖和列表兩種在線實(shí)時(shí)顯示方式。平臺同時(shí)具備自動預(yù)警功能，可以根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)的歷史輻射劑量以及周圍區(qū)域的輻射劑量，自動調(diào)整并設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警等級，不同報(bào)警等級可以對應(yīng)相應(yīng)的報(bào)警方式。

歷史信息查詢以監(jiān)測點(diǎn)的基本信息、監(jiān)測點(diǎn)周圍劑量信息和數(shù)據(jù)異常原因等為基礎(chǔ)，提供對這些信息的綜合查詢，同時(shí)結(jié)合列表、圖形等多種方式對結(jié)果進(jìn)行展現(xiàn)。查詢結(jié)果支持TXT、EXCEL等格式導(dǎo)出。

統(tǒng)計(jì)分析部分以輻射環(huán)境劑量信息和監(jiān)測點(diǎn)地理位置信息等為基礎(chǔ)，通過工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析、挖掘，同時(shí)結(jié)合列表、圖形等多種方式對結(jié)果進(jìn)行展現(xiàn)。通過智能化分析手段，洞察數(shù)據(jù)變化和規(guī)律，為監(jiān)管部門的科學(xué)決策提供輔助支持。統(tǒng)計(jì)分析包括：橫向區(qū)域間環(huán)境輻射劑量的對比分析、縱向歷史數(shù)據(jù)的對比分析以及通過縱、橫對比分析進(jìn)行智能化預(yù)警等。統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果支持以報(bào)表形式打印輸出。

突發(fā)應(yīng)急預(yù)案主要實(shí)現(xiàn)當(dāng)某一地區(qū)或區(qū)域發(fā)生放射性事故時(shí)，可迅速調(diào)配人員進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，以達(dá)到機(jī)動性對事故地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)通過應(yīng)急數(shù)據(jù)庫的管理，可實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場監(jiān)測人員的信息，包括聯(lián)系方式、處理突發(fā)事故能力以及所攜帶裝備。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測以及對現(xiàn)場狀況的了解，決策部門可以有效合理地進(jìn)行人員調(diào)配和布點(diǎn)監(jiān)測。

3.2 數(shù)據(jù)接入設(shè)計(jì)

考慮到終端平臺需具備可靠的、安全的網(wǎng)絡(luò)連接，以及監(jiān)測點(diǎn)位分散、偏遠(yuǎn)以及東北特有的氣候等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中的中心站采用VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的簡稱)專線接入，實(shí)時(shí)接收采集子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對各子站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。各采集子站的現(xiàn)場儀表同時(shí)具備GPRS功能，通過無線網(wǎng)絡(luò)與終端平臺保持實(shí)時(shí)連接。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。該設(shè)計(jì)的接入特點(diǎn)為：系統(tǒng)容量大；采集子站通信速率高，采集間隔小；每個(gè)子站可以傳輸較大的數(shù)據(jù)量。

圖2 數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4 結(jié)論

建設(shè)黑龍江省輻射劑量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以使黑龍江省輻射安全管理部門更好地對地區(qū)環(huán)境輻射進(jìn)行有效的監(jiān)測和分析，確定污染的來源和程度，最大限度地避免放射性污染發(fā)生時(shí)對公眾身心造成較大傷害的可能。對于核能的安全利用、放射源和射線裝置的安全使用、促進(jìn)社會發(fā)展、加快智慧型城市建設(shè)和構(gòu)建和諧社會具有重要的意義。

［1］ 顧東輝.上海建立環(huán)境輻射在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的可行性研究［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，（4）：13-15.

［2］ 徐冰峰.中國輻射環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀與發(fā)展探討［J］.能源與節(jié)能，2013，（7）：58-61.

［3］ 許麗娟，王明春，劉恩東.論黑龍江省輻射環(huán)境監(jiān)測和管理［J］.北方環(huán)境，1999，（4）：22-24