深圳市電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)

林擇華，丁敏霞，馮江平，劉焱，時勁松，郭鍵鋒

(深圳市環(huán)境監(jiān)測中心站，深圳 518049)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，原子能利用和核技術(shù)利用領(lǐng)域在不斷擴大，輻射環(huán)境質(zhì)量越來越受到人們的關(guān)注，輻射環(huán)境的實時自動監(jiān)測和應(yīng)急監(jiān)測越來越受重視[1]。根據(jù)?廣東省環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃(輻射部分2014—2020 年)?[2]的指導(dǎo)要求，廣東省在2014—2020 年規(guī)劃期內(nèi)要“逐步完善輻射環(huán)境監(jiān)測管理體制機制，健全輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)體系，大力加強基礎(chǔ)能力建設(shè)，深化輻射環(huán)境監(jiān)測業(yè)務(wù)體系，加快建設(shè)先進(jìn)的核與輻射環(huán)境監(jiān)測預(yù)警體系，為政府在輻射環(huán)境方面的決策提供技術(shù)支持，為公眾了解輻射環(huán)境狀況提供監(jiān)測信息”。圍繞著政府的部署和要求，發(fā)揮深圳市先行示范區(qū)的特點，深圳市于“十三五”期間在全市范圍內(nèi)布設(shè)了31 個電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測站，通過安裝自動監(jiān)測設(shè)備和采樣設(shè)備，利用無線通信網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)了深圳市電離輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)。

1 電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測站布點規(guī)劃

為了實現(xiàn)全市9 個行政區(qū)及兩個新區(qū)全覆蓋目的，考慮深圳市轄區(qū)內(nèi)核設(shè)施、核技術(shù)利用單位分布情況以及人口密集程度和地形地貌、氣象條件等，在全市共布設(shè)了31 個電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測站。分布情況如表1 所示。

表1 核與輻射自動在線監(jiān)測設(shè)備安裝點位

1.1 大亞灣核電站

重點關(guān)注位于深圳市東部的大鵬新區(qū)建設(shè)的大亞灣核電機組，綜合考慮了核電站應(yīng)急計劃區(qū)[3]、核事故放射性煙羽擴散、區(qū)域風(fēng)玫瑰圖、人口分布以及地形地貌等因素，在大亞灣核電廠周圍布設(shè)6 個監(jiān)測點位。

(1)葵涌人民醫(yī)院:作為核電站發(fā)生核事故時第一人員救治場所。在此設(shè)點有利于對人員受照情況和攜帶進(jìn)出物品進(jìn)行測量，屬于放射性監(jiān)測的重要監(jiān)測點位。

(2)東漁碼頭:與核電站隔海相望，離核電站最近，直線距離4.3 千米，屬于核事故煙羽應(yīng)急計劃區(qū)。雖不在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，但屬于離大亞灣核電站距離最近的監(jiān)測點位。

(3)楊梅坑生態(tài)中心站:與核電站隔海相望，離核電站10 千米范圍內(nèi)，屬于煙羽應(yīng)急計劃區(qū)和旅游人口密集區(qū)。雖不在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，但仍在放射性釋放影響范圍內(nèi)。

(4)大鵬新區(qū)管委會:位于核電站下風(fēng)向10 千米范圍內(nèi)，屬于放射性釋放重要影響范圍，且該處為大鵬新區(qū)核事故應(yīng)急指揮中心，在此設(shè)點可以對應(yīng)急人員所處環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。

(5)鹽田子站:位于核電站下風(fēng)向，在葵涌人民醫(yī)院子站以西且接近市區(qū)。在此布點監(jiān)控放射性釋放過程以及事故對城市環(huán)境的影響。

(6)壩光銀葉樹濕地公園:位于大亞灣東南風(fēng)向正下方，與核電站分屬排牙山兩側(cè)，且在核電站北通道的撤離路線中。在此布點以評價放射性釋放及煙羽影響的范圍。

1.2 飲用水源保護區(qū)

飲用水源保護區(qū)的安全直接關(guān)系到深圳市民的飲水安全。深圳水庫和西麗水庫分別位于深圳市羅湖區(qū)和南山區(qū)，均被水利部列為全國重要飲用水水源地，亦屬于深圳市飲用水主要來源之一。近年來建設(shè)的東部引水工程也將這兩大水庫作為最重要的飲用水儲存水庫。深圳水庫是深圳市非常重要的一座中型水庫，也是深港兩地的重要水源地[4]；而西麗水庫作為東江水源工程的交水點，是中西部傳輸水的重要樞紐，也是鐵崗水庫的供水源頭。

為評價核事故、輻射事故以及可能的核恐怖襲擊對飲用水源是否產(chǎn)生放射性影響，深圳市電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)以深圳水庫和西麗水庫為試點，在安裝常規(guī)地表γ監(jiān)測設(shè)備的基礎(chǔ)上，首次增加了飲用水中總α、總β自動監(jiān)測設(shè)備，以實時監(jiān)控重要水源的放射性安全。

2 電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測站類型

電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測站根據(jù)應(yīng)用分成四種，各配置不同的自動監(jiān)測設(shè)備，具體見表2。

表2 電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測子站類型

2.1 A 級站(小型電離輻射自動監(jiān)測子站)

A 級站的主要功能是用于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)的環(huán)境地表γ劑量率測量。目前配備的設(shè)備有環(huán)境地表γ輻射劑量率自動監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境地表γ輻射譜儀自動監(jiān)測設(shè)備和自動氣象測量設(shè)備，如圖1 所示。A 級站的特點是小而精，建造無需大空間，建設(shè)及維護比較簡單，且電離輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)可以快速準(zhǔn)確獲取，屬于可大范圍配置的建設(shè)子站。

圖1 A 級站

2.2 B 級站(中型電離輻射自動監(jiān)測子站)

B 級站是在A 級站的基礎(chǔ)上增加了大氣采樣裝置。B 級站主要功能有常規(guī)地表γ劑量率測量、大氣沉降灰中放射性測量和大氣氣溶膠中放射性測量。配置的測量設(shè)備是在A 級站的基礎(chǔ)上增加了大氣沉降灰中放射性采樣設(shè)備和大流量氣溶膠采樣設(shè)備，如圖2 所示。B 級站的特點是能更進(jìn)一步地了解站點周圍空氣中的放射性含量水平，但建造所需空間比A 級站要大，建設(shè)和維護也相應(yīng)地增加了一定難度。B 級站能在發(fā)生核事故情況下快速進(jìn)行空氣的采樣和測量，并可在平時掌握監(jiān)測點位沉降灰及氣溶膠中的放射性含量，并對其是否有異常提供預(yù)警功能，屬于專門針對敏感點位配置的建設(shè)子站。

圖2 B 級站

2.3 C 級站(大型電離輻射自動監(jiān)測子站)

C 級站建設(shè)的主要目的是用于了解核設(shè)施周邊的電離輻射環(huán)境狀況，并為在域外發(fā)生核事故時對深圳是否產(chǎn)生影響(如2011 年日本福島核事故等)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。C 級站配置的測量設(shè)備是在A 級站的基礎(chǔ)上增加配備大氣沉降灰中放射性采樣設(shè)備、氚采樣設(shè)備、碘采樣設(shè)備、碳－14 采樣設(shè)備、大氣微型監(jiān)測站和超大流量氣溶膠采樣設(shè)備，如圖3 所示。C 級站的特點是更加全面，在國控點的監(jiān)測設(shè)備配置上還增加了氚采樣設(shè)備。同時超大流量采樣器能在出現(xiàn)核事故時快速采集空氣氣溶膠樣品，在第一時間獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖3 C 級站示意圖

2.4 D 級站(飲用水自動監(jiān)測子站)

D 級站建設(shè)的主要目的是自動監(jiān)測深圳市重要飲用水源地水總α、總β放射性水平，既能達(dá)到快速預(yù)警的功能，又能滿足對飲用水水源地水的安全監(jiān)控。D 級站配置的測量設(shè)備是在A 級站的基礎(chǔ)上增加飲用水水源地水放射性核素自動監(jiān)測設(shè)備，如圖4 所示。D 級站的特點是能夠?qū)崿F(xiàn)對水質(zhì)總α、總β的一體化快速自動化測量，其特點是自動采集、富集和制樣，實現(xiàn)無人值守長期自動監(jiān)測，提高了監(jiān)測效率，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性，既可以用于事故預(yù)警，又可以用于日常飲用水水源地水的放射性水平監(jiān)測。

圖4 D 級站

3 電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)特點

本系統(tǒng)建設(shè)的資金來源為深圳市政府投資項目“深圳市核與輻射環(huán)境安全監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)”，總投資1.02 億元，有如下特點:

(1)站點數(shù)量多、覆蓋面廣，監(jiān)測項目更全面

為了全面評估深圳市范圍內(nèi)的輻射環(huán)境水平，本系統(tǒng)在全市11 個區(qū)共布設(shè)了31 個電離輻射環(huán)境自動監(jiān)測站，是全國地市級輻射自動監(jiān)測站建設(shè)中規(guī)模最大、內(nèi)容最全、覆蓋面最廣的項目。

本系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備包括:環(huán)境地表γ輻射劑量率自動監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境地表γ輻射譜儀自動監(jiān)測設(shè)備、自動氣象測量設(shè)備、大氣沉降灰中放射性采樣器、大流量氣溶膠采樣器、氚采樣器、碘采樣器、碳－14 采樣器、大氣微型監(jiān)測站和飲用水水源地水自動在線監(jiān)測設(shè)備，相較于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[5]，深圳市輻射環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，增加了針對核設(shè)施的氚采樣器和碳－14 采樣器、飲用水水源地水自動在線監(jiān)測設(shè)備以及用于創(chuàng)新性探索研究的大氣微型監(jiān)測站。

(2)交叉研究，探索發(fā)展

近年來各地研究機構(gòu)[6－9]開始關(guān)注氣溶膠顆粒物、臭氧與輻射之間的相互影響。為了探索研究三者之間的相關(guān)性，在C 級監(jiān)測子站中配置了大氣微型監(jiān)測站，首次將輻射環(huán)境監(jiān)測和大氣環(huán)境監(jiān)測相結(jié)合，通過24 小時在線連續(xù)監(jiān)測，比對三者之間監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，為進(jìn)一步研究PM10和O3與電離輻射之間的影響做一些相關(guān)的研究工作。

(3)開拓創(chuàng)新，應(yīng)用新技術(shù)

傳統(tǒng)實驗室分析[10]測定水質(zhì)總α、總β放射性活度具有采樣量大、前處理時間長、測量時間長的缺點，不能滿足對環(huán)境水體中放射性水平快速測量的要求。

為此，本項目秉承開拓創(chuàng)新的原則，應(yīng)用反滲透膜富集法制樣、智能流程化制樣、高壓流體密封等高新技術(shù)，攻克了傳統(tǒng)實驗室內(nèi)地表水總放射性分析的弊端，實現(xiàn)了1 天內(nèi)出具2 個監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速測量，填補了國內(nèi)外對水質(zhì)總α、總β放射性在線快速監(jiān)測的空白。

4 總結(jié)及展望

深圳市電離輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)是全國規(guī)模最大、能力最強的輻射環(huán)境自動監(jiān)測項目，該項目能夠有效實時跟蹤評價深圳市核與輻射環(huán)境安全，對于保障深圳的經(jīng)濟和城市安全與發(fā)展具有極其重要的意義。同時，該項目集監(jiān)測與科研于一體，采用新方法和新技術(shù)，將輻射環(huán)境與大氣環(huán)境相結(jié)合，為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提出了新的思路和研究方向。