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

肖 丹，侯躍新，李 巖，李 鋼，楊 斌

（黑龍江省科學院技術物理研究所，哈爾濱 150010）

輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)是我國輻射環(huán)境保護事業(yè)的基礎設施之一。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)測能力不僅遠遠落后于發(fā)達國家，不能滿足我國輻射環(huán)境保護的需要，而且也不能勝任目前所承擔的任務，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，儀器設備缺乏、陳舊，監(jiān)測方法不配套，分析手段不全，事故應急響應能力差。因此，抓緊輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)的建設工作已成為當務之急。

1 輻射環(huán)境劑量監(jiān)測網(wǎng)絡現(xiàn)狀

1.1 國外現(xiàn)狀

20世紀中葉，美蘇兩國開始進行大氣核試驗，各發(fā)達國家開始重視環(huán)境輻射的監(jiān)測工作。特別是進入20世紀70年代以后，世界核電開始了大規(guī)模發(fā)展，與其相應，核設施附近的環(huán)境監(jiān)測也不斷強化和完善，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)境質量狀況，又監(jiān)測重點污染源。在歐美等發(fā)達國家都建成了較完善的輻射監(jiān)測網(wǎng)，這些網(wǎng)站擔負著本地區(qū)核事故與輻射事故應急監(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構(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，在歐洲共同體內部，由歐共體委員會(CEC)的一個部門負責維持監(jiān)測網(wǎng)。日本在核設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、農產品、海產品等。英國政府在全國范圍內按網(wǎng)格建立了總共近92個自動監(jiān)測網(wǎng)站，設立了γ輻射劑量的連續(xù)自動監(jiān)測設備和數(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)。各個國家的監(jiān)測手段十分先進，如采用遠程遙控技術和自動分析技術［1］。

1.2 國內現(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置了8個和6個自動監(jiān)測點［2］，裝有寬量程環(huán)境γ連續(xù)監(jiān)測儀，可24h運行，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90年代初就建立了環(huán)境輻射監(jiān)測網(wǎng)絡，系統(tǒng)共建有10個固定監(jiān)測站，連續(xù)地監(jiān)測香港的環(huán)境γ輻射水平。在27個固定監(jiān)測點設置了熱釋光劑量計，以測量長時間積累的環(huán)境γ輻射劑量，同時進行大氣和水體的取樣分析。除了香港地區(qū)外，與發(fā)達國家相比，其他地方的環(huán)境輻射監(jiān)測起步較晚、投入較少、缺乏儀器設備，且陳舊老化，管理落后，在反映環(huán)境質量狀況方面，如進行核素分析和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)絡建設的必要性

近年來隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，核技術的應用也越來越廣泛。核技術在給人們帶來巨大幫助和實惠的同時，也為人類及環(huán)境的安全增添了一定的隱患。放射性物質的污染是一種無形的污染，它隨時間、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、準確地預警并掌握地區(qū)放射性污染狀況，及時向有關政府決策部門提供準確的監(jiān)測結果，以便采取積極預警措施.將放射性污染造成的損失降到盡量低的水平，保護公眾健康、維護社會安定、創(chuàng)造良好環(huán)境、促進經(jīng)濟的發(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沸水反應堆發(fā)生堆芯熔化和大量放射性外泄的災難性輻射事件，對我省的邊境地區(qū)產生了一定影響。自2006年以來，朝鮮接連三次在中朝邊境地區(qū)進行了地下核試驗，嚴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，之后相繼在撫遠縣、饒河縣、虎林縣、東寧縣等四個監(jiān)測點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］，通過結合當?shù)剌椛洵h(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，確認所檢測到的碘-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?？茖W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26個，自主設立2個省控水體監(jiān)測點（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（牡丹江市東寧縣、雞西市）。如何有效地將這30個點位連成一片，實現(xiàn)網(wǎng)絡化、系統(tǒng)化管理，并在重點地區(qū)增設相應監(jiān)測點，既能及時監(jiān)測輻射環(huán)境質量，監(jiān)督周邊國家和地區(qū)核電站反應堆的人工放射性物質及本地區(qū)核技術應用單位的γ輻射對我省的影響，又能迅速實施核與輻射事故應急預案，使各項損失降到最低；同時由于網(wǎng)絡化的建設，又可加快和推進智慧型城市建設的步伐，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)絡建設構想

3.1 監(jiān)測終端信息平臺設計

本文利用GPRS、GPS和現(xiàn)代化信息管理等技術，設計滿足黑龍江省內輻射環(huán)境監(jiān)測要求的監(jiān)測終端信息平臺，使監(jiān)控終端具備實時數(shù)據(jù)采集、GPS定位、實時預警、遠程無線接入互聯(lián)網(wǎng)和遠程參數(shù)設置等功能，監(jiān)測中心可實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和預警等功能。具體結構框圖如圖1所示。

圖1 監(jiān)測終端信息平臺結構框圖

實時數(shù)據(jù)交互部分主要實現(xiàn)對監(jiān)測點環(huán)境劑量、坐標位置以及其他有關信息的采集，同時，還實現(xiàn)對各現(xiàn)場監(jiān)控終端的參數(shù)設置和參數(shù)調取等功能。平臺根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，可對監(jiān)測點的實時位置進行監(jiān)測，提供地圖和列表兩種在線實時顯示方式。平臺同時具備自動預警功能，可以根據(jù)監(jiān)測點的歷史輻射劑量以及周圍區(qū)域的輻射劑量，自動調整并設置相應的報警等級，不同報警等級可以對應相應的報警方式。

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

統(tǒng)計分析部分以輻射環(huán)境劑量信息和監(jiān)測點地理位置信息等為基礎，通過工具對數(shù)據(jù)進行綜合統(tǒng)計分析、挖掘，同時結合列表、圖形等多種方式對結果進行展現(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)管部門的科學決策提供輔助支持。統(tǒng)計分析包括：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、橫對比分析進行智能化預警等。統(tǒng)計分析的結果支持以報表形式打印輸出。

突發(fā)應急預案主要實現(xiàn)當某一地區(qū)或區(qū)域發(fā)生放射性事故時，可迅速調配人員進行現(xiàn)場監(jiān)測，以達到機動性對事故地點進行實時監(jiān)測，同時通過應急數(shù)據(jù)庫的管理，可實時掌握現(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。通過實時數(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行人員調配和布點監(jiān)測。

3.2 數(shù)據(jù)接入設計

考慮到終端平臺需具備可靠的、安全的網(wǎng)絡連接，以及監(jiān)測點位分散、偏遠以及東北特有的氣候等特點，本設計中的中心站采用VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡的簡稱)專線接入，實時接收采集子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對各子站進行實時監(jiān)控。各采集子站的現(xiàn)場儀表同時具備GPRS功能，通過無線網(wǎng)絡與終端平臺保持實時連接。網(wǎng)絡拓撲結構如圖2所示。該設計的接入特點為：系統(tǒng)容量大；采集子站通信速率高，采集間隔小；每個子站可以傳輸較大的數(shù)據(jù)量。

圖2 數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡拓撲圖

4 結論

建設黑龍江省輻射劑量監(jiān)測網(wǎng)絡，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、促進社會發(fā)展、加快智慧型城市建設和構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)絡的可行性研究［J］.上海交通大學學報，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