水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

李 巖 張永壽 汪鵬飛 田 軍 邵亞輝 趙修義*

水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

李 巖①張永壽①汪鵬飛①田 軍②邵亞輝②趙修義②*

目的：研制一種核醫(yī)學(xué)水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)，以有效控制民用放射性污水的排放，減少公共環(huán)境污染。方法：根據(jù)國家有關(guān)水源放射性管理規(guī)定對放射性廢水的處理標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)和電離輻射傳感技術(shù)，自主研制一種智能化的放射性水源污染防護(hù)系統(tǒng)。結(jié)果：該系統(tǒng)無需人工干預(yù)，可實時防護(hù)放射性水污染，保障排放的廢水放射性濃度＜3.7×102Bq/L。結(jié)論：水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)可實現(xiàn)放射性廢水排放的智能化和自動化，保證所排放廢水的放射性濃度水平符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

核醫(yī)學(xué)；水污染；放射性；智能防護(hù)

[First-author’s address] Jinan Military General Hospital, Jinan 250031, China.

目前，環(huán)境污染問題尤其是水源的放射性污染時刻威脅著人類的生命健康。核污染是環(huán)境污染中危害最大、持續(xù)時間最長的一種污染形式，隨著核能的廣泛利用，核威脅、核傷害正悄悄的向人類靠攏逼近。統(tǒng)計表明，核事件正在逐年遞增，故建立完善的核傷害醫(yī)學(xué)快速反應(yīng)救援專業(yè)隊伍，已經(jīng)是當(dāng)今各國必然發(fā)展的趨勢[1-2]。

水是生命之源，無論是戰(zhàn)時還是平時都應(yīng)該受到監(jiān)控和保護(hù)。為此，本研究研制的水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)，戰(zhàn)時能在核污染事件發(fā)生后實時監(jiān)測飲用水源的污染情況并及時發(fā)出報警信息；平時可用作監(jiān)測核能應(yīng)用單位放射性污水的排放標(biāo)準(zhǔn)，確保周邊環(huán)境安全。

1 水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)研究內(nèi)容與技術(shù)路線

1.1 研究內(nèi)容與方法

采用計算機(jī)技術(shù)和電離輻射傳感技術(shù)，研制一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)智能化的水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)。摒棄目前國內(nèi)簡單采用的以水源取樣檢測和放射性核素衰變技術(shù)對環(huán)境污染進(jìn)行被動防護(hù)的滯后性弊端，采用人工智能方式對飲用水源和放射性污水進(jìn)行自動實時監(jiān)測[3-5]。應(yīng)用自主研發(fā)的輻射傳感器對飲用水源及放射性廢水的放射性活度進(jìn)行定量評估，通過智能計數(shù)器以國家放射性廢水排放標(biāo)準(zhǔn)及飲用水源標(biāo)準(zhǔn)[6-8]分別進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)飲用水源放射性活度達(dá)到報警閾值后系統(tǒng)自動報警并關(guān)閉輸送裝置，衰變后達(dá)到飲用水源標(biāo)準(zhǔn)后自動開啟輸送裝置；在污水排放系統(tǒng)中，當(dāng)放射性污水放射性活度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后自動排放。利用計算機(jī)技術(shù)和電離輻射傳感技術(shù)，實現(xiàn)飲用水源放射性污染報警及輸送的智能化及核能應(yīng)用單位放射性污水達(dá)標(biāo)后的自動排放[9-11]。通過在水源進(jìn)出管道處創(chuàng)新性地增加輻射傳感器，同時在污水排放系統(tǒng)無害放射性廢水排出管道處增加獨立的凈水稀釋管道和輻射傳感器，系統(tǒng)將根據(jù)輻射傳感器傳入的數(shù)據(jù)，在放射性濃度水平超標(biāo)時打開獨立的凈水排放稀釋管道并控制流量以稀釋放射性污染的濃度，最大限度地避免放射性廢水不慎泄漏時對公眾環(huán)境造成危害。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

該線路主要由金屬探測器、光電倍增管及頻率計等組成，通過在水源進(jìn)出管道處增加輻射傳感器，完成對放射性污水的智能檢測及報警。

(1)金屬探測器的選擇。選用碘化鈉(鉈)作為閃爍體探測器進(jìn)行放射污染廢液的探測，這是基于碘化鈉(鉈)對于γ射線污染具有最佳探測能力，因此將碘化鈉(鉈)作為原始級探測的第一選擇。

(2)光電倍增管和高壓電源的選擇。選用GDB-44光電倍增管，能確保將俘獲的較小γ射線強(qiáng)度倍增為較大的探測信號電流。高壓電源采用CC238，可以摒棄既往龐大繁雜的高壓發(fā)生器，使整個探測器及其相關(guān)器件組件更為精巧，可靠性極大提高。

(3)脈沖成形電路設(shè)計。為準(zhǔn)確實施信號幅度分析和能譜測量，必須要整合放大器頻帶寬度、噪聲、輸入阻抗、抗計數(shù)過載、放大器的穩(wěn)定性以及功耗等諸多因素，本系統(tǒng)脈沖成形電路設(shè)計運算選用CA3140放大器，能夠適宜迅速的轉(zhuǎn)換速度要求。

(4)頻率計的采用。利用頻率計HB962，反映γ射線輻照水平的特征。HB962頻率計一般用于工業(yè)上對設(shè)備轉(zhuǎn)速和頻率的測量，該設(shè)備動態(tài)范圍大、檢測敏感度高。

2 水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作流程

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由現(xiàn)場控制中心和放射性廢水處置系統(tǒng)組成。現(xiàn)場控制中心由計算機(jī)(包括顯示器和打印機(jī))、智能控制軟件及接口電路等組成。放射性廢水處置系統(tǒng)位于地下，由3個放射性廢水降解池、凈水管道、無害放射性廢水排出管道、電離輻射傳感器、液位傳感器、排液泵以及電動閥門等組成。以不銹鋼制成，每個容積約15 m3(如圖1所示)。

圖1 水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)框圖

2.2 工作流程

當(dāng)3個放射性廢水降解池儲水量均為0時，放射性廢水先進(jìn)入第一池，注滿后液位傳感器向計算機(jī)反饋信息，控制進(jìn)水閥門關(guān)閉，廢水依次進(jìn)入第二池，第三池。電離輻射傳感器探測到某降解池的放射性廢水濃度水平達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，且液位傳感器探測到無形的廢水進(jìn)入時，該池排水閥門自動打開，開始排水。若無害放射性廢水排出管道的電離輻射傳感器探測到有超出排放標(biāo)準(zhǔn)的放射性廢水流入時，現(xiàn)場控制中心將打開凈水管道電動閥門，根據(jù)探測到的放射廢水濃度控制凈水的流量，向無害放射性廢水排出管道內(nèi)排入凈水稀釋放射性廢水的濃度，確保流入公共排放管道廢水的放射性濃度符合國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果

系統(tǒng)經(jīng)過試用，運行中無需人工監(jiān)視或干預(yù)，可對醫(yī)院核醫(yī)學(xué)放射性廢水污染實時防護(hù)[12-15]。根據(jù)醫(yī)院日常工作程序和實際工作情況，可通過計算機(jī)控制系統(tǒng)人工預(yù)定系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉時間，選擇每周工作時間，實現(xiàn)人機(jī)互動。系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)廢水達(dá)到預(yù)先設(shè)定的放射性下限值時會自動發(fā)出動作指令，電動閥門和排液泵產(chǎn)生相應(yīng)動作，能夠保證排入外界環(huán)境的廢水放射性濃度水平低于國家環(huán)境保護(hù)總局規(guī)定的放射性廢水濃度水平范圍的下限值(3.7×102Bq/L)。

4 結(jié)語

水源放射性污染智能防護(hù)系統(tǒng)較國外產(chǎn)品成本價格降低一半以上，且環(huán)境適應(yīng)性好，安裝簡單，無特殊環(huán)境要求，其基本任務(wù)是戰(zhàn)時能在事件發(fā)生即刻預(yù)警，有效地保護(hù)現(xiàn)場人員，尤其是在可疑污染區(qū)域應(yīng)用價值更高，是很好的核戰(zhàn)略防御措施；非戰(zhàn)時能夠有效控制民用放射性污水的排放，減少公共環(huán)境污染。

目前，國內(nèi)處于防護(hù)理論和防護(hù)方法的初步研究階段，對水源放射性污染智能防護(hù)的研究尚屬空白。研究一種智能化水源放射性污染防護(hù)系統(tǒng)，對平時及戰(zhàn)時核事件后公眾水源進(jìn)行預(yù)警保護(hù)以及控制放射性污水合理排放均為構(gòu)建和諧社會生態(tài)環(huán)境的必然選擇。

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Development and utility of intelligent protection system for nuclear medicine radioactive water pollution

LI Yan, ZHANG Yong-shou, WANG Peng-fei, et al// China Medical Equipment,2015,12(1):62-64.

Objective: To develop an intelligent protection system, in order to protect the radioactive water pollution of nuclear medicine. Methods: According to the radioactive sewage processing standards of the hospital waste water treatment technology guide, using computer technology and ionizing radiation sensing technology, an intelligent protection system for nuclear medicine radioactive water pollution was self-developed. Results: Without manual intervention, the intelligent protection system could real-time protect the radioactive pollution of nuclear medicine. The radioactive concentration of the discharge sewage was below 3.7×102Bq/L. Conclusion: The intelligent protection system for nuclear medicine radioactive pollution ensures the automatic discharge of radioactive sewage, and the radioactive concentration of the discharged sewage conforms to the state standards.

Nuclear medicine; Water pollution; Radioactive; Radiation protection

李巖,女,(1970- ),本科學(xué)歷，副主任技師。濟(jì)南軍區(qū)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科，從事設(shè)備質(zhì)量控制管理工作。

1672-8270(2015)01-0062-03

R145

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.020

2014-03-06

①濟(jì)南軍區(qū)總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科 山東 濟(jì)南 250031

②濟(jì)南軍區(qū)總醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 山東 濟(jì)南 250031

*通訊作者：yzjfchen@sohu.com