水源放射性污染智能防護系統的研制與應用

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系統的研制與應用

李 巖①張永壽①汪鵬飛①田 軍②邵亞輝②趙修義②*

目的：研制一種核醫學水源放射性污染智能防護系統，以有效控制民用放射性污水的排放，減少公共環境污染。方法：根據國家有關水源放射性管理規定對放射性廢水的處理標準，應用計算機技術和電離輻射傳感技術，自主研制一種智能化的放射性水源污染防護系統。結果：該系統無需人工干預，可實時防護放射性水污染，保障排放的廢水放射性濃度＜3.7×102Bq/L。結論：水源放射性污染智能防護系統可實現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準要求。

核醫學；水污染；放射性；智能防護

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

目前，環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。核污染是環境污染中危害最大、持續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。統計表明，核事件正在逐年遞增，故建立完善的核傷害醫學快速反應救援專業隊伍，已經是當今各國必然發展的趨勢[1-2]。

水是生命之源，無論是戰時還是平時都應該受到監控和保護。為此，本研究研制的水源放射性污染智能防護系統，戰時能在核污染事件發生后實時監測飲用水源的污染情況并及時發出報警信息；平時可用作監測核能應用單位放射性污水的排放標準，確保周邊環境安全。

1 水源放射性污染智能防護系統研究內容與技術路線

1.1 研究內容與方法

采用計算機技術和電離輻射傳感技術，研制一種具有自主知識產權智能化的水源放射性污染智能防護系統。摒棄目前國內簡單采用的以水源取樣檢測和放射性核素衰變技術對環境污染進行被動防護的滯后性弊端，采用人工智能方式對飲用水源和放射性污水進行自動實時監測[3-5]。應用自主研發的輻射傳感器對飲用水源及放射性廢水的放射性活度進行定量評估，通過智能計數器以國家放射性廢水排放標準及飲用水源標準[6-8]分別進行設定，當飲用水源放射性活度達到報警閾值后系統自動報警并關閉輸送裝置，衰變后達到飲用水源標準后自動開啟輸送裝置；在污水排放系統中，當放射性污水放射性活度達到排放標準后自動排放。利用計算機技術和電離輻射傳感技術，實現飲用水源放射性污染報警及輸送的智能化及核能應用單位放射性污水達標后的自動排放[9-11]。通過在水源進出管道處創新性地增加輻射傳感器，同時在污水排放系統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，系統將根據輻射傳感器傳入的數據，在放射性濃度水平超標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境造成危害。

1.2 技術架構

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生器，使整個探測器及其相關器件組件更為精巧，可靠性極大提高。

(3)脈沖成形電路設計。為準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、抗計數過載、放大器的穩定性以及功耗等諸多因素，本系統脈沖成形電路設計運算選用CA3140放大器，能夠適宜迅速的轉換速度要求。

(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上對設備轉速和頻率的測量，該設備動態范圍大、檢測敏感度高。

2 水源放射性污染智能防護系統的結構及工作流程

2.1 系統結構

系統由現場控制中心和放射性廢水處置系統組成。現場控制中心由計算機(包括顯示器和打印機)、智能控制軟件及接口電路等組成。放射性廢水處置系統位于地下，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系統框圖

2.2 工作流程

當3個放射性廢水降解池儲水量均為0時，放射性廢水先進入第一池，注滿后液位傳感器向計算機反饋信息，控制進水閥門關閉，廢水依次進入第二池，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到國家規定的排放標準，且液位傳感器探測到無形的廢水進入時，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準的放射性廢水流入時，現場控制中心將打開凈水管道電動閥門，根據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定的排放標準。

3 水源放射性污染智能防護系統應用結果

系統經過試用，運行中無需人工監視或干預，可對醫院核醫學放射性廢水污染實時防護[12-15]。根據醫院日常工作程序和實際工作情況，可通過計算機控制系統人工預定系統的開啟和關閉時間，選擇每周工作時間，實現人機互動。系統在發現廢水達到預先設定的放射性下限值時會自動發出動作指令，電動閥門和排液泵產生相應動作，能夠保證排入外界環境的廢水放射性濃度水平低于國家環境保護總局規定的放射性廢水濃度水平范圍的下限值(3.7×102Bq/L)。

4 結語

水源放射性污染智能防護系統較國外產品成本價格降低一半以上，且環境適應性好，安裝簡單，無特殊環境要求，其基本任務是戰時能在事件發生即刻預警，有效地保護現場人員，尤其是在可疑污染區域應用價值更高，是很好的核戰略防御措施；非戰時能夠有效控制民用放射性污水的排放，減少公共環境污染。

目前，國內處于防護理論和防護方法的初步研究階段，對水源放射性污染智能防護的研究尚屬空白。研究一種智能化水源放射性污染防護系統，對平時及戰時核事件后公眾水源進行預警保護以及控制放射性污水合理排放均為構建和諧社會生態環境的必然選擇。

[1]趙憲英，舒為群，曹佳.醫院廢液中放射性物質排放狀況研究[J].西南國防醫藥，2005，15(1)：29-30.

[2]張瑞菊，涂或.地表水中天然和人工放射性的研究現狀[J].國外醫學(放射醫學核醫學分冊)，2005，29(4)：176-179.

[3]王麗琴，屈喜梅，焦玲，等.水中總α、β放射性測量概述[J].國際放射醫學核醫學雜志，2012，36(3)：164-168.

[4]國家環境保護總局.醫院污水處理技術指南(環發[2003]197號).2003：1-29.

[5]杜桂珍，劉雁，袁士強.核醫學放射性污水自動處理系統的初步應用[J].中國輻射衛生，2008，17(3)：327-328.

[6]中華人民共和國衛生部.GBZ133-2002醫用放射性廢物管理衛生防護標準[S].北京：中國標準出版社，2002：1-12.

[7]中華人民共和國國務院令第449號.放射性同位素與射線裝置安全和防護條例[S].中華人民共和國國務院，2005-01-09.

[8]國家環境保護總局.醫院污水處理技術指南[S].國家環境保護總局.2013-12-10.

[9]沈平，陳惠濱，王曉萍.基于電離探測器的輻射源檢測系統設計[J].傳感技術學報，2010，23(7)：944-948.

[10]楊忠東，龐建新，伍昭化.核醫學示蹤劑原料氧-18水廢液提純工藝的研究[J].第二軍醫大學學報，2007，28(5)：545-548.

[11]薛志強，閆保華，王紅.醫院污水處理系統研究與工程實踐[J].中國醫學裝備，2013，10(8)：32-33.

[12]徐曉紅，趙輝，禹暉.臨床核醫學放射防護的探討[J].西北國防醫學雜志，2008，29(1)：56.

[13]中華醫學會核醫學分會.2010年全國核醫學現狀普查[J].中華核醫學雜志，2010，30(6)：428-429.

[14]中華醫學會核醫學分會.2012年全國核醫學現狀普查簡報[J].中華核醫學與分子影像雜志，2012，32(5)：357-358.

[15]張震，張奇，朱衛國，等.核醫學放射防護狀況調查與分析[J].中華放射醫學與防護雜志，2012，32(6)：642-644.

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- ),本科學歷，副主任技師。濟南軍區總醫院醫學工程科，從事設備質量控制管理工作。

1672-8270(2015)01-0062-03

R145

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.020

2014-03-06

①濟南軍區總醫院醫學工程科 山東 濟南 250031

②濟南軍區總醫院核醫學科 山東 濟南 250031

*通訊作者：yzjfchen@sohu.com