核電廠基于大數(shù)據(jù)的集體劑量預(yù)估方法淺析

謝衛(wèi)平

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000）

0 引言

集體劑量控制不僅反映核電廠運行、維修和安全管理水平，也是核電廠深入貫徹落實追求卓越，超越自我的內(nèi)在需要。它作為核電廠WANO（World Association of Nuclear Operators）性能指標(biāo)綜合指數(shù)之一，是輻射防護最優(yōu)化工作的重要體現(xiàn)[1]。在核電廠最終安全分析報告中，對每GW電力裝機容量的核電廠人員集體劑量限值進行了規(guī)定，各核電廠上級主管部門及核電廠運營者都已將集體劑量作為了相應(yīng)的考核指標(biāo)，如中國核電將集體劑量作為下屬核電廠的輻射防護領(lǐng)域績效指標(biāo)。

安全績效指標(biāo)定義的緯度要適當(dāng)，如果緯度太少，可能無法清楚和全面表達指標(biāo)涉及的各種信息，很容易使考核雙方對指標(biāo)的認識產(chǎn)生偏差和歧異[2]。核電廠集體劑量的指標(biāo)設(shè)置時，應(yīng)充分考慮大修的開展情況和檢修項目等因素，設(shè)定的集體劑量指標(biāo)要兼顧可操作性和可挑戰(zhàn)性，目標(biāo)值設(shè)置的過高或者過低，均毫無意義。

表1 某核電廠標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可分類Table 1 Classification of standard radiation work permit for a nuclear power plant

表2 某核電廠中子溫度測量通道提升和回插輻射水平數(shù)據(jù)庫Table 2 Radiation level database of neutron temperature measurement channels for a nuclear power plant

1 影響集體劑量預(yù)估的因素

從集體劑量的組成來看，集體劑量=劑量率（源項）×照射時間×受照人數(shù)。因此，核電廠工作的集體劑量可以從這3個方面入手。具體體現(xiàn)如下：

1）劑量率：綜合考慮一回路主要核素總體積活度的變化，新采取的源項控制措施的效果，自動化（或者遠距離）工具的使用和屏蔽的使用等因素。

2）照射時間：綜合考慮人員的技能水平（主要關(guān)注新人比例），自動化（或者遠距離）工具的使用和工作量的變化等。

3）受照人數(shù)：綜合考慮自動化（或者遠距離）工具的使用，檢修步序和人員安排的優(yōu)化，以及工作量的變化等。

2 集體劑量預(yù)估方法

2.1 建立標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可分類數(shù)據(jù)庫

以維修大綱一一對應(yīng)建立的標(biāo)準(zhǔn)工作包（簡稱標(biāo)準(zhǔn)工單）為基礎(chǔ)，建立與標(biāo)準(zhǔn)工單相對應(yīng)的輻射工作許可（簡稱標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可）數(shù)據(jù)庫，是實現(xiàn)對檢修工作集體劑量的精確控制和精準(zhǔn)預(yù)估的基礎(chǔ)。核電廠的自動個人劑量監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)輻射工作許可多層次和多角度的分類，并根據(jù)設(shè)備檢修實施情況對數(shù)據(jù)庫進行定期維護，見表1。

2.2 建立高輻射風(fēng)險作業(yè)輻射水平數(shù)據(jù)庫

在標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可的基礎(chǔ)上，建立高輻射風(fēng)險作業(yè)的輻射水平監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，是輻射防護最優(yōu)化措施實施效果評價的條件，也是實現(xiàn)對檢修工作集體劑量動態(tài)管控的基礎(chǔ)。對于重要檢修專項，在檢修的不同階段，作業(yè)場所的輻射水平存在較大差異。因此，輻射水平數(shù)據(jù)庫的建議，應(yīng)基于檢修步驟的輻射風(fēng)險變化進行建立。

進行集體劑量精準(zhǔn)預(yù)估時，在標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可劑量的基礎(chǔ)上，通過標(biāo)準(zhǔn)工單對檢修工作量進行對比，并結(jié)合檢修步驟的輻射水平數(shù)據(jù)，以達到檢修工作集體劑量的精準(zhǔn)預(yù)估。同時，在實施新的輻射防護最優(yōu)化措施時，對輻射水平數(shù)據(jù)庫進行更新。以某核電廠中子溫度測量通道提升和回插作業(yè)輻射水平數(shù)據(jù)庫建立為例，中子溫度測量通道提升和回插作業(yè)工作人員的作業(yè)位置分別在作業(yè)平臺的第一層、第二層和第三層，各層作業(yè)人員的受照劑量差別較大，且與作業(yè)平臺的劑量率密切相關(guān)。因此，在建立數(shù)據(jù)庫時必須要包含各作業(yè)層的輻射水平，見表2。

在實際使用過程中，可以通過輻射水平數(shù)據(jù)的對比，分析輻射水平變化的原因并制定糾正措施。這是一個不斷追求卓越和不斷追求輻射防護最優(yōu)化的良好實踐。除此之外，還為輻射防護人員提供了最優(yōu)化措施改進和提升的方向。例如，重點關(guān)注和采取措施，降低高輻射水平區(qū)域的劑量率。

2.3 預(yù)估方法

借助于標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可、高輻射風(fēng)險作業(yè)輻射水平數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)工單等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對涉及一回路主設(shè)備和高輻射風(fēng)險作業(yè)等檢修和檢查維護工作的劑量進行精確預(yù)估。

單項作業(yè)集體劑量的估算公式為：

式中，WD為某項作業(yè)的預(yù)估集體劑量；WDL為該項作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可中，同一工作產(chǎn)生受照劑量的值；WDX為該項作業(yè)工作量增減導(dǎo)致的集體劑量變化估算值，工作量減少為負值，工作量增加為正值，值的大小根據(jù)工作量變化大小確定；若增加的工作從未實施過，則由輻射防護人員根據(jù)相關(guān)輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)和類似工作受照劑量進行估算；RL為輻射水平影響因子，指的是該項工作采取輻射防護最優(yōu)化措施后，輻射水平的變化情況，通常用百分比表示。

檢修專項、部門和核電廠的集體劑量預(yù)估目標(biāo)值，根據(jù)涵蓋的項目數(shù)量和單項工作的預(yù)估集體劑量進行確定。

2.4 預(yù)估要點

在進行集體劑量預(yù)估時，需要重點關(guān)注如下要點：

1）設(shè)備的檢修劑量，應(yīng)該按照工作類型、作業(yè)部門和關(guān)鍵檢修作業(yè)步驟進行分開預(yù)估。

2）集體劑量按照常規(guī)檢修步驟和變動檢修步驟進行集體劑量預(yù)估。其中，常規(guī)檢修步驟在標(biāo)準(zhǔn)工單和大數(shù)據(jù)的前提下進行預(yù)估集體劑量，變動檢修步驟應(yīng)結(jié)合作業(yè)場所劑量率和工作量進行預(yù)估集體劑量。

3）對于服務(wù)和配合、設(shè)備數(shù)量多并且作業(yè)范圍廣的作業(yè)，應(yīng)提前梳理項目數(shù)量和分布區(qū)域的輻射水平，結(jié)合輻射水平數(shù)據(jù)和區(qū)域進行集體劑量預(yù)估。

4）對于集體劑量的預(yù)估，應(yīng)充分應(yīng)用計算機系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)，對檢修作業(yè)的工時、人數(shù)、劑量率、集體劑量和個人劑量等參數(shù)進行更新，并分析出輻射防護最優(yōu)化（As Low As Reasonably Achievable，簡稱ALARA）實踐執(zhí)行的較好或較差，以及在未來如何能執(zhí)行得更好[3]。

5） 實施的輻射防護最優(yōu)化措施，應(yīng)計算措施實施后減少單位集體劑量所付出的代價，即計算代價/效益比：△X/△S。其中，△X為實施最優(yōu)化措施增加的防護代價；△S為相應(yīng)的集體劑量的減少。

表3 某核電廠3號機組第二輪大修集體劑量情況Table 3 Collective dose of unit 3 in the second round overhaul of a nuclear power plant

圖1 集體劑量預(yù)估和實際對比Fig.1 Comparison of collective dose estimation and actual dose

3 集體劑量預(yù)估實踐

集體劑量預(yù)估，雖然是核電廠每一位輻射防護人員都必須要掌握的一項基本技能，但由于人員在技能和業(yè)務(wù)水平上存在差異，導(dǎo)致同一項作業(yè)由不同的輻射防護人員進行劑量預(yù)估時，往往造成預(yù)估值相差較大。因此，建立一套以標(biāo)準(zhǔn)工單和大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的集體劑量預(yù)估模式是十分有必要的。以某核電廠3號機組第二輪大修集體劑量預(yù)估情況進行介紹，見表3。

各專業(yè)集體劑量預(yù)估值和實際值對比，如圖1所示。

從圖1可以看出：維修和役檢工作的劑量與預(yù)估劑量相差不大，偏差都在10%以內(nèi)，但是在服務(wù)專項作業(yè)，由于預(yù)估時收集相關(guān)區(qū)域的輻射水平數(shù)據(jù)有限和計劃外作業(yè)較多，導(dǎo)致實際產(chǎn)生的劑量高于預(yù)估劑量，后續(xù)需要對輻射水平數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)輻射工作許可庫進行完善和更新。

4 結(jié)論

本文介紹的集體劑量預(yù)估方法，可以實現(xiàn)對核電廠作業(yè)集體劑量的精準(zhǔn)預(yù)估。總體上，該集體劑量預(yù)估方法設(shè)定的目標(biāo)值符合安全績效目標(biāo)值設(shè)置的要求，尤其是建立的輻射工作許可數(shù)據(jù)庫和輻射水平數(shù)據(jù)庫等大數(shù)據(jù)平臺，通過大數(shù)據(jù)趨勢的分析，為輻射防護最優(yōu)化措施實施的領(lǐng)域和方向提供了參考，同時也為實施輻射防護最優(yōu)化中的利益/代價分析提供了依據(jù)，為同行核電廠及相關(guān)單位進行精準(zhǔn)集體劑量預(yù)估提供了參考。