核事故应急辐射监测系统设计

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【摘要】本文主要针对核事故应急辐射检测系统展开分析，论述了核事故应急辐射检测系统的设计要点，并讨论了如何更好的应用核事故应急辐射监测系统，以期能够提高核事故应急辐射监测系统的运行稳定性和安全性。

【关键词】核事故；应急辐射；检测系统

中图分类号： TP274 文献标识码： A

一、前言

随着我国核电发展的步伐不断加快，我国必须要更加重视核事故应急辐射监测系统的设计和建设，以确保核事故应急辐射监测系统能够有效的运行，确保运行的质量和效果。

二、核事故应急监测的基本任务

核事故应急监测的基本要求是:在发生各种核或辐射事故的情况下,迅速赶赴现场,通过环境监测和取样测试,准确及时地向政府有关部门提供事故现场及周围环境中辐射污染状况和环境介质中放射性核浓度的实测数据,为推算(或查明)事故源项(或原因)、评价事故影响后果,决定应急防护行动、制定处置方案和采取恢复措施提供技术依据。

根据核事故应急监测的要求,需要开发了一套移动实时数据监测系统,配合应急监测车完成核事故的现场巡测、核应急场外环境监测等任务。

三、核事故应急响应的目标

辐射监测的最终目的是保护人类免遭核辐射带来的各种危害。根据具体情况，辐射监测主要目的有:为核事故应急准备提供核事故应急响应决策和评价所需要数据；为核与辐射恐怖突发事件预警和应对提供信息和支持；提供环境辐射基线水平和变化趋势为核与非核领域的科学研究服务；监视、发现并识别与核禁试有关的异常核事件；为公众和政府部门及时提供环境辐射的信息、咨询、解释和服务。随着科技和社会的发展,对辐射监测的目的和要求也在不断变化，相应的辐射监测技术也在不断发展。

应急响应的实际目标主要包括以下8个方面:①恢复对局势的控制;②防止或减轻现场后果;③防止工作人员和公众出现确定性健康效应;④提供急救并设法处理辐射损伤;⑤尽实际可能防止在居民中产生随机效应;⑥尽实际可能防止对个人和居民造成非放射学影响;⑦尽实际可能保护财产和环境;⑧尽实际可能恢复正常的社会和经济秩序。应急准备的实际目标可以描述为:确保各项应急安排已经落实到位，能在事故现场、地方、地区、国家和国际各个级别对任何核或放射紧急情况作出及时、有管理、受控制、协调而且有效的响应。

四、系统的总体结构

1、系统概述

系统最主要由以下三部分组成:①保障地域内核辐射强度数据采集子系统。由分布在保障地域内数个甚至数十个固定监测点所构成的监测网,负责对保障地域内辐射强度进行定时监测,从而测定出整个地域在不同时刻的沾染分布情况。②数据传输子系统。其功能是将所监测的数据包括监测点的坐标、辐射强度和测量时间以无线通信的方式上传给指挥控制中心,

它与数据采集子系统组成一个整体,完成监测地域内沾染情况的数据采集过程。③指挥控制中心的数据处理子系统。主要对监测数据进行处理并将处理结果以简单直观的方式输出。核应急救援辅助决策系统整体框图如图1所示。

图1核应急救援辅助决策系统整体框图

2、核辐射强度数据采集子系统

根据野外作业条件及决策所需要的数据,我们选用以下三种仪器组成数据采集子系统:ADM-606M多用途辐射监测仪、DAC-100数据集中器、GPS-6全球定位系统。其中ADM-606M多用途辐射监测仪(ADM-606MMult-iPurposeRadiationMon-itor)是整个系统的中心,它是由美国Canberra公司生产的微处理器控制的多用途辐射监测仪,具有USB接口技术,实现了/即插即用0功能,仪器共有三个通道:①C通道,通过计算和显示C射线的照射率,用于对空气中C射线的探测;②碘通道,用于计算和显示碘的活度;③B粒子通道,用于计算和显示B粒子的活度,从而完成对空气中辐射强度的测量。DAC-100数据集中器由一个IBM-PC嵌入式计算机组成,它有一个多通道串行通信卡与其他器材相连,实现辐射监测数据的即时传输,同时,在与基站数据通信失败的情况下,它可以提供完全独立于基站的工作能力。GPS-6模块是一个独立于辐射监测仪之外的接收器,用于进行精确的位置确定。

3、数据传输子系统

目前对距离较大的无线传输所采用的方式通常有以下两种:一是借助于GSM公共信道来实现;二是自建一个局域通信网络。SMS传输方式就是利用GSM(GlobalSystemforMobileCommunication)系统的SMS(ShortMessageService)模块,将所采集的数据以短消息的形式进行传输。这种方式在核应急救援器材和装备目前已经得到了应用,MOVERS-100车载式应急辐射监测系统采用的即是SMS传输方式。在发送端,传输数据(含监测点的地理坐标、辐射强度)首先由80C31单片机处理为短消息模块可以传输的数据,连同驱动短消息模块工作的AT指令一起通过单片机串行口送入ZXGM18,即时进行无线发送。在接收端,先通过一片80C31单片机,利用AT指令指挥短消息模块接收无线传输过来监测数据,再通过串行口送入上位PC机。SMS方式能够利用现有的网络通信资源,操作简便、通信距离远、便于组网。但同时也由于GSM网络只能用于简单的数据传输,不能传输图片等,妨碍了该系统的进一步升级和开发,而且短消息在传输时存在延时、丢失等其他问题,严重影响了数据传输效果。另一方面,由于GSM是一个通用开放网络,使数据传输的保密性得不到保证,为此需在发送和接收端增加加密和解密装置,难以满足特殊用户,如部队的需要。为此,在本系统中我们采用无线电收发芯片如CC1000,DTD462A无线数传模块等替代SMS传输模块来完成监测数据的发送和接收功能,并在实际工作中进行了试用,效果比较理想。

CC1000是Chipcon公司推出的单片可编程RF收发芯片,它基于ChipconpsSmartRF技术,集成了射频发射、射频接收、PLL合成、FSK调制解调、可编程控制等多种功能,采用锁相环技术,发射频率是通过内部的频率合成器来配置的,可配置的范围为300MHz~1000MHz,适合应用跳频协议,一般可配出10或20个频点,芯片灵敏度为-109dBm,并可自动校准,可编程输出功率为-20dBm~+10dBm,通信速率可达78.6kbps。主要工作参数可由一个串行接口编程设定,使用非常方便并且具有较高的灵活性。芯片的元件较少,且对精度要求不高,并提供三种编码方式与微控制器接口,与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的RF收发系统。辐射监测系统选用CC1000芯片作为收发芯片,主要基于以下几点考虑:

(一)能满足传输距离的需要。CC1000芯片的常用输出功率为-20dBm~+10dBm,当采用2mW甚至更大功率的射频放大器,同时在数据传输与接收端均加装高灵敏度天线后,其传输距离可达到几十公里,完全可以满足应急工作的需求。

(二)芯片的接口技术。选作系统的数据收发芯片,其在发射端直接与核辐射监测仪相连,在接收端直接与控制中心的计算机相连,采用两者均有的USB接口技术才是最简单合理的设计,而CC1000芯片正是基于上述需要的USB接口,并且提供三种编码方式与微控制器相连,确保了整个系统的兼容性。

(三)较强的稳定性和抗干扰性。CC1000芯片发射频率是通过内部的频率合成器来配置的,可频率配置的范围大,可以根据实际情况预设,芯片适合应用跳频协议,并可自动校准,稳定性较好,同时,在同一个网络中,芯片相互之间的干扰性较小,提高了整个系统的稳定性。

(四)提供足够多的工作频道。在核事故应急辅助决策系统中,辐射数据的收集通常是由分布于保障地域内十几个到几十个固定监测站完成,其采集的数据传输给控制中心的微机。因此,作为控制中心的数据接收端必须具有足够多的信道以满足传输端的需要,而不必进行传输等待。

从图2可以看到,辐射监测仪器所监测的数据可直接进入CC1000芯片,并经过射频放大器增大传输功率,即时进行无线发送。

由图3我们可以看出,在指挥控制中心端,通过无线传输过来的数据也可通过CC1000芯片接收再以有线的方式接入指挥控制中心的PC机。整个数据传输系统构网简单,可行性较好。

4、数据处理子系统

数据处理子系统作为整个系统的控制中心,主要实现对所采集的辐射数据的综合分析处理。该子系统实质上可以看作是一个数据库的建立和处理系统,即建立监测地域内沾染情况的数据库并以某些特定的方式对数据库的数据进行处理和显示。整个子系统可分为数字化地图子模块、监测数据库子模块、数据处理子模块和结果显示子模块,其中数字化地图子模块主要负责地图及相关信息的管理,如监测点的图上定位,沾染强度的空间分布等;数据库子模块主要实现对各监测点上传数据的接收和存储,默认情况下,所有监测点都以相同的预定时间间隔向指挥控制中心发送一次监测数据,该时间间隔可以根据沾染程度的严重性及变化快慢等情况由指挥控制中心自行设定和修改;数据处理子模块实现对数据的计算、调用、查询及其他处理工作;结果显示子模块实现处理结果的输出。数据处理和显示子模块所具有强大的数据处理功能,能实现对同一时刻所有监测点的测量结果进行列表显示,并能根据这些监测数据在地图上绘出不同时刻的辐射强度曲线分布图,能对同一监测点不同时刻的测量数据进行列表显示,并以单曲线显示其变化情况,能设置报警阈值。当每一监测点的沾染程度达到或超过该阈值时,系统会自动以声、色等形式进行报警,能根据监测结果确定保障地域的沾染分布情况,并以不同颜色对不同沾染程度地域进行区别显示。

五、结束语

综上所述，核事故应急辐射监测系统的设计必须要符合核事故应急辐射监测的特点，在满足监测指标的情况下，再进行设计，提出设计的合理方案和指标，确保设计的可行性。

【参考文献】

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