論秦山核電應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測與操作干預(yù)水平的有機融合

王貴良

【摘 要】由于干預(yù)水平不能在野外快速地加以測量，在實際運用有一定的困難，所以操作干預(yù)水平（OIL）已成為核電廠在核事故情況下提出公眾防護建議的主要依據(jù)之一。目前，國內(nèi)的大部分核電廠均已事先根據(jù)電廠自身的機組特征（事故源項）和環(huán)境特征（氣象條件等）確定了適用于本電廠的操作干預(yù)水平初始值。但操作干預(yù)水平（OIL）在核電廠發(fā)生核事故的情況下，如何得到有效的執(zhí)行和及時的修訂，目前對許多核電廠來說還是存在著相當大的難度。秦山核電針對操作干預(yù)水平（OIL）執(zhí)行和修訂時的難點所在，憑借著多年的實踐和運行經(jīng)驗，對秦山核電環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進行了大量創(chuàng)新性的改造和升級，并巧妙地將應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測與操作干預(yù)水平（OIL）進行了融合，使得操作干預(yù)水平（OIL）執(zhí)行和修訂時的許多難點迎刃而解。這種融合的成果已在近年的場內(nèi)外聯(lián)合應(yīng)急演習(xí)及場內(nèi)綜合應(yīng)急演習(xí)中得到了檢驗，并獲得了核應(yīng)急專家和考評人員的一致認可。文章將對以上內(nèi)容進行詳細的介紹，希望能為業(yè)內(nèi)同行開拓思路并提供借鑒價值。

【關(guān)鍵詞】秦山核電；應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測；操作干預(yù)水平

Integration of the Qinshan Nuclear Power Plant Emergency Environmental Monitoring and Operational Intervention Levels

WANG Gui-liang

（CNNP Nuclear Power Operations Management Co.， Ltd， Environmental Emergency Department， Haiyan Zhejiang 314300， China）

【Abstract】Since the intervention level can not be quickly measured in the field， there are certain difficulties in practice. In this case， the operational intervention level（OIL） has become one of the main basis for nuclear power plants to make public protection recommendations in case of nuclear accidents. Currently most of the nuclear power plants have determined the initial value of OIL according to its own unit characteristics（accident source term） and environmental characteristics（weather conditions， etc.）. But how to effectively and timely implement and amend OIL when accident happens is still considered as difficult for most of the nuclear power plants.Aiming the difficulties in OIL implementation and revision， Qinshan Nuclear power plant innovatively transform and upgrade the environmental monitoring system with its years of practice and operational experience， fusing the environmental monitoring and OIL skillfully which successfully solved difficulties in OIL implementation and revision. This achievement has been verified in OTC joint emergency drills and emergency exercises in recent years， and received the unanimous endorsement from nuclear emergency experts and evaluation staff. This article would discuss the above content in detail， hoping to explore new ideas and provide reference for industry peers.

【Key words】Qinshan Nuclear Power Plant； Emergency environmental monitoring； I operational intervention levels

0 前言

由于干預(yù)水平是用可避免劑量表示的，可避免劑量在野外無法直接測量，故直接使用比較困難。為改善其可操作性，在核事故情況下放射性物質(zhì)已發(fā)生釋放階段，可以采用操作干預(yù)水平（OIL）作為提出公眾防護建議及采取相應(yīng)防護行動的主要依據(jù)。秦山核電已事先根據(jù)自身機組特征和環(huán)境特征確定了適用于秦山廠址的操作干預(yù)水平（OIL），并將操作干預(yù)水平（OIL）與應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測進行了有機的融合。

1 OIL的定義、分類、修訂及應(yīng)用

1.1 OIL的定義

操作干預(yù)水平，英文的單詞為：Operational Intervention Level，簡寫為OIL。OIL相當于用可防止劑量表示的干預(yù)水平的可測量的放射性量，表示為環(huán)境或食物樣品中放射性核素水平或可測量的劑量率。一般可理解為，由相應(yīng)的干預(yù)水平或者行動水平推算得出的水平值，它是可以直接與儀器測量結(jié)果或?qū)嶒炇曳治鼋Y(jié)果相比較的量。

1.2 OIL的分類

IAEA-TECDOC-955技術(shù)文件中將OIL分為9類，如表1和表2所示。

1.3 OIL的修訂

不同的事故源項對操作干預(yù)水平的影響是比較大的，所以在事故發(fā)生后，為確保操作干預(yù)水平的準確性，一旦能夠獲取詳細環(huán)境監(jiān)測結(jié)果，就應(yīng)該立即對操作干預(yù)水平進行修訂。

OIL的修訂主要包括以下幾個方面：

（1）根據(jù)大氣樣品中放射性核素的分析結(jié)果重新計算OIL1和OIL2；

（2）根據(jù)沉降物樣品中放射性核素的分析結(jié)果重新計算OIL4；

（3）根據(jù)沉降物和食品樣品中放射性核素的分析結(jié)果重新計算OIL6、OIL7 OIL8和OIL9。

OIL3和OIL5不需要修訂。

OIL修訂過程中需要使用的監(jiān)測、取樣數(shù)據(jù)有：

（1）周圍環(huán)境劑量率；

（2）空氣樣品放射性核素活度濃度；

（3）地面沉積放射性核素活度濃度；

（4）食入、飲水以及牛奶中的各放射性核素活度濃度，主要包括：Cs-134、Cs-137、Ru-103、Ru-106、Sr-89、I-131、Sr-90。

OIL的修訂需要依賴于充足的環(huán)境數(shù)據(jù)（詳見表3），環(huán)境數(shù)據(jù)充足的情況下，就可以對操作干預(yù)水平進行修訂。

表3 需要修訂的OIL所依賴的環(huán)境數(shù)據(jù)

1.4 OIL的應(yīng)用

操作干預(yù)水平的應(yīng)用就是將應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測到的劑量率與OIL值進行比較，給出相應(yīng)的應(yīng)急防護行動建議。

操作干預(yù)水平是核事故情況下進行干預(yù)的主要依據(jù)之一，核事故的不同階段，所使用的操作干預(yù)水平可分為：

（1）操作干預(yù)水平初始值：是核事故未發(fā)生前，預(yù)先給出的核電廠操作干預(yù)水平默認值。

（2）操作干預(yù)水平計算值：即事故發(fā)生后，根據(jù)核電廠實際事故工況和氣象條件計算的數(shù)值。

（3）操作干預(yù)水平修訂值：是核事故發(fā)生后，放射性核素出現(xiàn)大量釋放，在事故狀態(tài)穩(wěn)定、實際監(jiān)測數(shù)據(jù)充足可靠情況下，依據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果對操作干預(yù)水平進行修訂所得到的值。使用修訂值更能反應(yīng)核事故的真實情況。

在應(yīng)急防護行動決策時，對應(yīng)的儀器監(jiān)測結(jié)果或者實驗室分析結(jié)果超過操作干預(yù)水平值時，建議采取相應(yīng)的防護行動。OIL涉及的環(huán)境儀器監(jiān)測項和實驗室分析項包括：

（1）煙羽環(huán)境劑量率（mSv/h）；

（2）地面沉積環(huán)境劑量率（mSv/h）；

（3）地面沉積中I-131活度濃度（kBq/m2）；

（4）地面沉積中Cs-137活度濃度（kBq/m2）；

（5）食物、水或牛奶樣品中I-131活度濃度（kBq/kg）；

（6）食物、水或牛奶樣品中Cs-137活度濃度（kBq/kg）。

不同類別的OIL采用各自的環(huán)境儀器監(jiān)測項和實驗室分析項作為比較對象，OIL1、OIL2的比較對象為煙羽環(huán)境劑量率，OIL3、OIL4、OIL5的比較對象為地面沉積環(huán)境劑量率；OIL6、OIL7的比較對象分別為地面沉積中I-131和Cs-137活度濃度；OIL8、OIL9的比較對象分別為食物、水或牛奶樣品中I-131和Cs-137活度濃度。

2 OIL應(yīng)用及修訂時的難點所在

OIL應(yīng)用最關(guān)鍵的是要通過監(jiān)測快速獲得大量的外照射劑量率數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與OIL值進行比較，給出相應(yīng)的防護行動建議。

OIL修訂的關(guān)鍵是要快速獲得樣品中詳細的放射性核素分析結(jié)果和準確的氣象數(shù)據(jù)。然后根據(jù)放射性核素分析結(jié)果和氣象數(shù)據(jù)計算得到更為準確的OIL修訂值。

下面就OIL應(yīng)用和修訂時面臨的難點進行具體分析：

（1）事故情況下OIL要得到有效的執(zhí)行，必須能夠快速獲取大量的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。僅僅有了OIL值和環(huán)境監(jiān)測值，還是不足以及時做出防護行動建議的。因為防護行動的對象是受到核事故影響的具體到某一地點的人群，而且OIL本身的取值也是隨距離事故機組的遠近而發(fā)生變化。所以要想及時的做出防護行動建議，必須將環(huán)境監(jiān)測值精確的定位到某一地點以并且還要標出該地點的名稱，另外還要知道監(jiān)測地點距離事故機組的距離，而負責(zé)環(huán)境監(jiān)測的人員不可能記住區(qū)域內(nèi)的所有地點名稱，也無法準確的計算距離。所以O(shè)IL在具體執(zhí)行時存在著非常大的難度。

（2）OIL修訂時同樣面臨著與OIL執(zhí)行時一樣的困難，除此以外OIL修訂時所需的數(shù)據(jù)就不僅僅是劑量率一個數(shù)值了，還需要很多核素的具體數(shù)據(jù)，如何將大量的數(shù)據(jù)快速的準確無誤的傳送到指揮人員手中又將成為一個難題。

3 秦山核電應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測與OIL的融合

3.1 秦山核電應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測

根據(jù)事故性質(zhì)和規(guī)模，應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測分為事故早期環(huán)境監(jiān)測、事故中期和后期環(huán)境監(jiān)測。早期監(jiān)測的主要任務(wù)是對煙羽的追蹤和監(jiān)測，為早期評價事故的性質(zhì)和估計事故源項提供實際監(jiān)測數(shù)據(jù)。中期監(jiān)測的重點在于對地面沉積的評價，測量項目包括地面沉積引起的輻射劑量率，地表污染水平，以及植物、土壤和水體（飲水）的污染水平。在事故晚期，重點是對由食入危害的途徑的監(jiān)測，監(jiān)測項目除中期監(jiān)測中規(guī)定的以外，增加對糧食作物、蔬菜、水果及其它農(nóng)作物的監(jiān)測、與食物鏈有關(guān)的陸地和水生動物以及水體底泥的監(jiān)測。

3.1.1 秦山核電事故早期應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測包括陸域環(huán)境巡測、海域環(huán)境巡測、實驗室分析及固定環(huán)境監(jiān)測點

1）陸域環(huán)境巡測

陸域環(huán)境巡測是通過應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測車進行巡測。巡測項目包括：環(huán)境γ劑量率、風(fēng)向、風(fēng)速、地表污染水平和空氣樣品氣溶膠與氣碘采集。

2）海域環(huán)境巡測

海域環(huán)境巡測是通過海事巡邏艇進行巡測。巡測項目包括：環(huán)境γ劑量率監(jiān)測、風(fēng)向、風(fēng)速、海上氣溶膠、氣碘取樣。

3）環(huán)境實驗室分析

環(huán)境監(jiān)測實驗室測量數(shù)據(jù)包括：空氣中γ核素活度濃度、空氣中放射性碘同位素濃度、氣溶膠中總α、總β活度，計算α、β比值和熱釋光劑量計（TLD）累積劑量與平均劑量率。

4）固定環(huán)境監(jiān)測點

秦山核電在廠址10km范圍內(nèi)設(shè)置了固定環(huán)境γ監(jiān)測站、地面氣象觀測場和氣象鐵塔，監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到應(yīng)急控制中心。

3.1.2 事故中后期主要是對地面沉積外照射、吸入再懸浮核素內(nèi)照射和食入被污染飲水和食物的內(nèi)照射等重要照射途徑進行監(jiān)測

監(jiān)測的項目包括：空氣介質(zhì)放射性活度，氣溶膠、沉降物及空氣放射性碘同位素、氚、C-14樣品，地面沉積引起的輻射劑量率和地表污染水平，水體（飲水）的污染水平，糧食作物、蔬菜、水果，陸地和水生動物，奶及其制品中H、14C、放射性碘、90Sr、γ核素含量。

3.2 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測與OIL的融合

秦山核電針對OIL執(zhí)行和修訂時面臨的難點，對應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測工作做了大量的優(yōu)化，新增了部分環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，并對已有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備進行了大量的升級和改造，建立了應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)，并最終通過將環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、OIL系統(tǒng)以及應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)的巧妙融合來破解OIL執(zhí)行和修訂時的難點。

3.2.1 應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測車

在事故應(yīng)急狀態(tài)下，監(jiān)測車作為應(yīng)急環(huán)境監(jiān)測的重要組成部分，可快速測量區(qū)域內(nèi)環(huán)境γ輻射水平，并具有風(fēng)向風(fēng)速測量、氣溶膠、氣碘樣品采集、TLD取放樣功能。為配合OIL的執(zhí)行，秦山核電新增環(huán)境監(jiān)測車1輛，形成雙車同時監(jiān)測的能力。同時為解決OIL執(zhí)行和修訂時面臨的難點，對監(jiān)測車上的設(shè)備進行了升級和改造：一是，在監(jiān)測車上配備GPS定位系統(tǒng)，對監(jiān)測點位進行精確定位；二是，新增γ譜儀為OIL修訂提供數(shù)據(jù)；三是，在監(jiān)測儀器和車載計算機上配備專用軟件和無線模塊，使監(jiān)測儀器測到的環(huán)境數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳送到車載計算機中；四是，在監(jiān)測車上配備無線通信設(shè)備，將監(jiān)測點的坐標及車載計算機中監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送至應(yīng)急控制中心的專用服務(wù)器中（見圖1和圖2）。

圖1 環(huán)境巡測車的行進信息

圖2 環(huán)境巡測車傳送至應(yīng)急控制中心的測量數(shù)據(jù)

3.2.2 海域環(huán)境巡測

在海域中進行環(huán)境監(jiān)測時，采用了與環(huán)境監(jiān)測車同樣的改造手段。將GPS定位系統(tǒng)，具有無線模塊和專用軟件計算機及監(jiān)測儀器，以及無線通信設(shè)備帶到海事巡邏艇上，組成一個小的具有無線傳輸功能的監(jiān)測系統(tǒng)，將海上的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳送至應(yīng)急控制中心的專用服務(wù)器中。

3.2.3 固定環(huán)境監(jiān)測點

為配合OIL的執(zhí)行，秦山核電根據(jù)人口分布的變化情況，及時在相應(yīng)點位增加了固定環(huán)境監(jiān)測點，使秦山地區(qū)附近固定環(huán)境γ監(jiān)測站達到了14個（見圖3），自動氣象站達到了8個（見圖4），組成了一個較為完整的環(huán)境輻射和氣象監(jiān)測系統(tǒng)。并對以前的單線路傳輸進行了升級，改為光纖或無線電臺雙線路傳輸，無線傳輸與有線傳輸構(gòu)成冗余傳輸體系，互為備用。固定監(jiān)測點備有18個便攜式電池，每個備用電池可維持72小時用電需求。秦山核電還增配了足夠數(shù)量的γ劑量率探測器、可攜式電源、數(shù)傳電臺作為備用連續(xù)監(jiān)測設(shè)施，即使固定監(jiān)測點及監(jiān)測設(shè)備嚴重受損，環(huán)境監(jiān)測組可以快速恢復(fù)環(huán)境γ連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，并且可以根據(jù)評價需要臨時增設(shè)環(huán)境γ劑量率監(jiān)測點，確保應(yīng)急控制中心獲取足夠數(shù)量的監(jiān)測點現(xiàn)場環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)。

另外，為獲取更多更全面的氣象數(shù)據(jù)，秦山核電與浙江省氣象局簽訂了服務(wù)協(xié)議，將浙江省境內(nèi)實時氣象數(shù)據(jù)傳送至秦山核電應(yīng)急控制中心。

圖3 固定環(huán)境γ監(jiān)測站

圖4 固自動氣象站

3.2.4 環(huán)境實驗室分析

建立了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，將實驗室分析、測量獲取的數(shù)據(jù)上傳到應(yīng)急控制中心的的專用服務(wù)器中。OIL系統(tǒng)自動從服務(wù)器中獲取環(huán)境分析數(shù)據(jù)，用于OIL的修訂計算。

3.2.5 建立秦山核電應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)

為確保核事故情況下，能及時的為應(yīng)急防護決策提供支持信息，秦山核電在GIS地理信息平臺上開發(fā)建立了應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有對電廠設(shè)施和廠址地理信息的三維顯示功能，以及周邊道路、村莊、學(xué)校、醫(yī)院等信息的定位及查詢顯示功能。

3.2.6 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、OIL系統(tǒng)以及應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)的融合

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將應(yīng)急環(huán)境巡測車和海事巡邏艇監(jiān)測到的環(huán)境輻射數(shù)據(jù)及監(jiān)測點坐標、固定環(huán)境監(jiān)測點監(jiān)測到的環(huán)境輻射數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)，環(huán)境實驗室的分析數(shù)據(jù)上傳到應(yīng)急中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器中。

OIL系統(tǒng)從數(shù)據(jù)服務(wù)器中讀取環(huán)境輻射數(shù)據(jù)、坐標數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)對OIL值進行計算和修訂，并將監(jiān)測到的劑量率與OIL值進行比較，給出防護行動建議以及坐標信息。

應(yīng)急決策系統(tǒng)根據(jù)OIL系統(tǒng)給出的防護行動建議以及坐標信息，在應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)上給出對應(yīng)的需要采取防護行動的居民點信息，并在應(yīng)急指揮中心的大屏幕上進行顯示（見圖5），為應(yīng)急指揮人員在干預(yù)行動的決策上提供可靠的依據(jù)。

圖5 防護行動建議信息

4 結(jié)論及建議

秦山核電根據(jù)OIL執(zhí)行和修訂時面臨的困難，針對OIL系統(tǒng)的執(zhí)行和修訂，從頂層設(shè)計入手，對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、OIL系統(tǒng)以及應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)進行了有效融合。并對各系統(tǒng)的改造和建立分步驟予以細化和落實，已形成了一個能夠快速執(zhí)行，并能根據(jù)情況及時修訂的操作干預(yù)水平?jīng)Q策系統(tǒng)，為秦山核電在核事故情況下快速響應(yīng)、有效決策提供了可靠保障。

秦山核電的操作干預(yù)水平?jīng)Q策系統(tǒng)已在2014年方家山首次裝料前的場內(nèi)綜合應(yīng)急演習(xí)、場內(nèi)外聯(lián)合演習(xí)以及2015年場內(nèi)綜合應(yīng)急演習(xí)中得到了多次檢驗，并獲得了國內(nèi)核應(yīng)急專家和考評人員的一致認可。

同時為保證操作干預(yù)水平?jīng)Q策系統(tǒng)在今后能夠持續(xù)的有效運作，建議在以下方面要繼續(xù)做好相關(guān)工作：

（1）要對外部環(huán)境重要信息（人口、道路等）的變化進行跟蹤和收集，及時對應(yīng)急資源地理信息系統(tǒng)中的內(nèi)容進行更新和補充；

（2）要隨著海鹽居民點的變動，及時考慮在新的重要居民點區(qū)域適當增加環(huán)境監(jiān)測點的布點。

【參考文獻】

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