寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統

福建省輻射環境監督站　朱耀明　林明貴

寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統

福建省輻射環境監督站朱耀明林明貴

該文主要介紹寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統，討論建設時應關注的問題、監測點位和監測項目以及監測系統組成。采用性能穩定、靈敏度高的高壓電離室和能夠識別核素的碘化鈉譜儀，利用計算機和網絡傳輸技術，實現監測系統自動化，滿足監督監測要求。

γ輻射監測系統寧德核電廠

福建是一個能源資源相對匱乏的省份，社會經濟的發展對能源的需求不斷增加。發展核電不僅可以改善能源結構，保證社會經濟發展所需的能源支持，而且由于核電廠不排放二氧化硫、氮氧化物等，可減少酸雨強度，對治理霧霾、改善大氣質量起到重要作用。與燃煤電廠比較，核電是現階段最好的低碳能源。目前普遍認為核電是相對清潔、安全的能源，為了解核電廠運行及事故狀態下，放射性對環境影響的范圍和程度，必須建設核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統，開展放射性監測。本文主要介紹該系統建設時關注的問題、監測點位和監測項目以及監測系統組成等。

1　系統建設時重點關注的問題

1.1探測器的選擇

根據監督性監測系統的相關要求，系統主要目的是監測核電廠通過氣載方式向環境釋放的放射性氣體所產生的γ輻射水平，而核電廠在正常運行情況下釋放的放射性氣體的量是非常小的，所產生的γ輻射水平被天然γ輻射水平的漲落所淹沒。因此要監測到核電廠的排放對環境的影響，其探測器的靈敏度要達到能監測到天然γ輻射水平漲落的能力，甚至更高。當前國內外輻射環境監測系統采用的探頭主要以GM計數管和高壓電離室為主，也有使用半導體和NaI探頭。高壓電離室的優點是沒有本底，所測數據穩定，精度高、價格較貴。GM計數管價格便宜，但有一定的本底，且精度低，數據離散性大［1］。NaI探頭價格更貴，但是可以對γ核素進行分析和識別，在事故應急時可以迅速診斷泄露的核素。通過比較，只有選擇性能更優的高壓電離室及能夠進行γ核素識別的NaI譜儀設備，才能滿足監督監測要求。

1.2監測點位選擇

監測點位的布設取決于監測目的，既要有代表性又要滿足統計學的要求。在本系統建設時遵循如下布點原則：

一是原則上按核電廠周圍16個方位考慮布設監測子站，每個方位角布設1個自動監測子站，靠海一側海上不設立自動監測子站。

二是，在核電廠各堆址主導下風向、次下風向和關鍵居民組、居民密集區應適當增加監測子站。

三是，監測子站除對照點外，原則上應建在核電廠煙羽計劃應急區范圍內，部分監測子站應與核電廠自行監測點位重疊。

除了上述幾條原則外，本系統還兼顧考慮了站點的測點代表性、站址的便利性、監測的長期性、系統的安全性、運行的經濟性。

1.3系統的可靠性

本系統采用工業化標準生產的設備，在設備選配時考慮到抗風、耐蝕、防雷擊等需求，能適應野外惡劣環境下長期穩定運行。數據傳輸采用有線和無線雙路冗余方式。數據采集器實時對環境γ探測器、氣象采集器、采樣設備等參數進行監控及分析，對異常數據進行報警，提醒值班人員采取措施。各個站點還配置了可持續72小時的UPS電源，保障自動站在市電失效時仍能正常監測。系統所有設備都具備通電自恢復功能、數據續傳功能等。

1.4系統的安全性

本系統充分考慮到福建地區雷暴較多的客觀因素，對防雷要求非常重視。在系統建設過程中，對一切可能進雷電的線路都做好屏蔽、分流，做到層層防護、多級泄能，以達到防護目的。各個子站都配備了視頻監控探頭，不僅能直觀地觀察各站點現場運行狀況，也能起到防盜的作用。為了保障數據傳輸安全，有線和無線網絡均使用了VPN虛擬網絡技術，在前沿站數據中心配置了硬件防火墻、殺毒軟件，且有專人24小時值守。關鍵設備包括數據服務器、核心路由器等均使用雙機熱備方案，以保障出現故障時系統仍能正常運行。

1.5氣象觀察條件

本系統在選點的時候優先考慮站點的氣象觀測條件，所選的站點位置主要有兩種，一種是野外地面空曠，附近無高樓或山體遮擋，這種選點均為地面站；另外一種是在建筑物樓頂，視野開闊，周圍無更高的建筑物遮擋。因此，自動站在選點時避免了周圍一些天然或人為因素對測量結果的影響，采集到的氣象數據也更可靠。

2　監測點位與監測項目

按照《核電廠環境輻射現場監督性監測系統建設規范（試行）》的要求，監測子站連續監測核電廠周圍環境γ劑量率、γ能譜，并對風向、風速、溫度、濕度、氣壓和雨量等氣象數據進行觀測。定期采集空氣中氣溶膠、碘、空氣中C-14和氚、干濕沉降等樣品。

表1　監測點位與監測項目

3　監測系統的組成

寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統由兩大系統組成：核電廠外圍輻射環境監測系統和流出物監測系統，按照建設內容和建設地點可將寧德核電廠輻射環境現場監督性監測系統分為四大子項：監測子站、福鼎前沿站、核電廠流出物實驗室、省級數據中心。

3.1監測子站

寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統包括10個監測子站，其中增強站1個、標準站2個，其余為基礎站。秦嶼、柏洋兩個站點與寧德核電廠的KRS系統為共站，可用于兩系統數據比對。監測子站分布見圖1。

3.1.1γ輻射探測器

監測子站對環境γ輻射水平的監測要求很高，既要求能高精度、瞬時地獲取環境γ劑量率，也要能在應急事故下快速對γ核素進行分析和識別，以便核應急指揮中心判斷并決策，最大可能地減少損失，因此本系統在γ輻射探測器上選取了國際上公認性能優秀的美國GE公司RSS-131ER型號高壓電離室及加拿大RadiationSolutionsINC公司 RS-250型號NaI能譜探測儀，其性能見表2。

圖1　監測子站分布圖

表2　監測項目、儀器

3.1.2氣象觀測儀

每個監測子站都配備了一套氣象觀測儀用于環境中氣象數據的連續測定與收集，每個子站都具備氣象七要素（風速、風向、溫度、濕度、氣壓、雨量、感雨）的采集功能，增強型站點漁井子站還配備了總輻射和凈輻射的觀測設備，詳見表3。

表3　氣象觀測設備及性能

3.2數據采集與儀控系統

3.2.1數據采集系統

數據采集系統同時具備數據采集及存儲能力，在采集時保證采集數據的正常存儲，數據可在本地循環存儲3個月以上，并在通訊中斷恢復后及時續傳，數據傳輸采用有線和無線雙路冗余方式。數據采集系統可對監測子站設備各參數分別設置報警上下限，具備數據超閾值自動報警功能，并能夠保存3個月以上的報警信息。

3.2.2儀控系統

控制系統具備對設備狀態檢查的功能，如通過通訊模式功能的控制，查看子站現場γ劑量率水平、雨量、風向風速等氣象參數的數據，能夠接受數據中心和現場訪問，監控現場各設備狀態，并以圖形化的界面顯示其運行狀態，同時能夠對數據采集和控制單元的參數進行設置。可記錄現場系統的運行狀態，如工作溫度、電源情況、設備工作情況，并以運行日志的形式保存，應能保存3個月以上的日志信息。

3.3前沿站數據匯總站

前沿站數據處理中心配備數據采集器、通訊與傳輸設備，能夠采集、傳輸核電廠外圍環境γ輻射自動連續監測子站的監測數據，并將該數據傳輸至省級數據中心，并確保數據傳輸的安全可靠；同時配備數據處理、數據存儲、網絡安全、顯示設備，能夠處理、存儲、顯示核電廠外圍環境γ輻射自動連續監測子站的監測數據和評價結果；配備數據信息處理軟件系統，能夠進行數據采集、傳輸、監控、處理、匯總、分析、顯示及各種報告、報表自動生成。

核電廠外圍環境γ輻射監測系統（儀控部分）由前沿站數據處理中心、監測子站、采樣車、環境監測車和標準氣象觀測場組成，其網絡拓撲圖如圖2所示。前沿站數據處理中心用于監控和采集各子站、氣象站以及核電廠流出物在線監測的數據信息，實時傳輸監測數據至省級數據中心。

圖2　通信系統網絡拓撲圖

3.4省級數據中心

省級數據中心是福建省輻射環境監督站為福建省所有核電廠外圍輻射環境監督性監測系統搭建的省級數據匯總點，具備接收、處理各核電廠監督性監測系統監測數據的能力。省級數據中心目前已實現與寧德核電廠、福清核電廠監督性監測系統對接，環境監測數據實時傳輸至省級數據中心。

3.4.1數據中心的組成

省級數據中心由三部分組成，包括數據中心機房、監控與展示中心、福州自動站（比對站）。機房包含服務器、通訊設備、防火墻、UPS電源等；監控與展示中心可以通過圖形、圖像、表格、報表等多種方式展示所有自動站的數據，在應急事故響應時可為應急指揮中心提供監測數據；自動站為增強型站點，包括所有上文提到的γ探測設備、氣象觀測設備及采樣設備，其采集數據用于與其他自動站的數據進行比對。

3.4.2數據處理程序

系統配置了專門的值守人員，在系統出現異常數據時，會自動產生報警信息發送給相關人員。當設備故障、通訊異常、市電中斷等情況發生，系統只給值守人員發送提醒短信。當出現多個站點γ劑量率值超高且觸發超高閾值報警時，值守人員應迅速檢查核實，判斷是否有人工核素泄露。若確定有人工核素泄露，應馬上通知負責領導，并建議啟用核應急預案。若無人工核素泄露，應查明原因，并做好詳細記錄。

4　結束語

寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統在建設過程中由于充分考慮到當地的地理氣候環境，在布點方面也仔細考察、科學論證，監測點位覆蓋核電廠周邊不同方位，監測范圍廣。在設備選取上，以性能優、

維護方便為原則，在軟件設計上，采用B/S架構與C/S架構相結合的模式，提高系統的可靠性、穩定性和實用性。系統自建成運行以來一年多時間，數據獲取率達到99%以上，在國內和國際上均處于領先水平。

寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統是日本福島核事故以后，國內首個通過國家核安全局最終驗收的監督性監測系統，該系統監測技術先進、設備性能穩定、自動化程度高，已成為國內核電廠環境γ輻射連續監測系統建設的標桿，為國內后續同類項目開展提供了有益的參考。

［1］王鳳英，朱曉翔.田灣核電站外圍環境γ輻射連續監測系統開發研究［J］.中國輻射衛生，2009，18（4）：458-460.

［2］金花，岳清宇，王文海.核設施環境γ輻射連續監測系統［J］.原子能科學技術，1997，31（3）：204-210.

［3］黃乃明，陳志華，宋海清，等.大亞灣和嶺澳核電站外圍輻射環境監督性監測［J］.輻射防護，2004（4）：191-205.

［4］廖建華，黃乃容.廣東省核電廠外圍自動連續監測系統淺談［J］.能源與環境，2013（3）：86-88.