陽小華，曾鐵軍，萬亞平，劉征海，毛 宇，胡 杰

（1. 南華大學 計算機學院，衡陽 421001；2. 南華大學 核科學技術學院，衡陽 421001；3. 中核集團高可信計算重點學科實驗室，衡陽 421001；）

放射性物質或放射源是指任何含有放射性核素，且其活度濃度和總活度都超過規定值的物質。放射性物質具有放射性活度高、半衰期長，達到一定劑量將致使人患放射病，甚至死亡。因此，放射性物質的安全是關乎國計民生和社會穩定的重要大事。廣泛意義的放射性物質安全包括安保（security）與安全（safety）。放射性物質的安全是指為了減小輻射照射對人產生損傷的可能性而采取的管理、技術措施。放射性物質的安保（security）［1］是指為了防止對放射物質的非法占有或非法行動，確保對放射性物質的有效控制而采取各種措施。本文中放射性物質的安全其含義就是安保。

人防、物防、技防是安全防范的3個主要手段［2］，分別對應核安保措施中的管理措施、物理措施和技術措施3類。

管理措施是用立法、標準、政策、程序來安全可靠地管理放射性物質或源，包括存量盤點和記錄、現狀和事件報告制度等。

物理措施提供了一種對放射源、裝置或設施的實物屏障，用以隔離未經授權的人員的接近或防止無意或未經授權的接近和轉移放射源。物理措施通常包括硬件和安保裝置，如柵欄、圍墻、罐、運輸容器，門的鎖和聯鎖，帶鎖的屏蔽容器，抗侵入的裝源裝置等。

技術措施是指利用現代信息技術的防護措施，如入侵探測系統、視頻監控系統、出入口控制系統等，是人防和物防的延伸。本文討論的安保措施主要是技術措施。

傳統的放射性物質面臨的安全威脅是放射性物質的丟失或被盜，主要來自地面上的人、車等。在現有放射性物質安保措施下，放射性物質丟失或被盜事故時有發生。2004 年，一家主要從事鍋爐壓力容器無損檢測工作的股份制公司的內帶1 枚192Ir 銥－192 放射源的儲源器被盜，當時總活度為2.26 TBq［3］。2014 年，南京江北某工廠丟失放射性源192Ir［4］，被定性為重大事故。此外，隨著無人機及小型潛航器技術的發展，安全威脅由地面向低空和水下拓展［5］，主要是：（1）低空空域各類飛行器（見圖1）發展迅速，使用者容易利用其從空中來竊取輕量級的放射性物質，增大了空域的威脅；（2）近年來，以小型潛航器具、蛙人為代表的新型單人或無人潛航設備的發展，易被恐怖分子利用來竊取海路運輸的放射性物質，形成水域威脅。

圖1 無人機Fig.1 UAV

傳統的放射性物質的安保措施主要是針對地面安全威脅來設計的，在新情況下容易出現安保漏洞。

以往放射性物質安保主要是防止沒有獲得授權的人接近放射源而導致當事人被照射，而全球恐怖主義勢力的存在，使放射性物質安保還需防止對人或環境故意損害的核與輻射恐怖事件。據國際原子能機構（IAEA）統計，全球每年發生的盜竊、丟失或未經授權擁有核材料或其他放射性物質事件多達100余起［6］。恐怖分子通過盜竊、走私、非法交易獲得放射性物質，并將其制成“臟彈”或是制造成核武器襲擊核電站或核裝置。例如，2010 年11 月，格魯吉亞政府抓獲了試圖向伊斯蘭極端主義組織販賣濃度高達89.4%的濃縮鈾的2 名走私分子。恐怖分子襲擊并盜取放射性物質，成為必須面對的嚴重的安全風險，因此，對放射性物質的安保提出了更高的要求。

面對當前嚴重的放射性物質安全風險，探討應用物聯網和人工智能等新興技術提高放射性物質的安保能力，使其能夠主動應對丟失、盜取等外部威脅，全面提高放射性物質的安全性具有十分重大的意義。

1 放射性物質安保現狀

我國核工業發展以來，政府十分重視放射性物質安全問題，多次指出核安全是國家安全組成部分，是核能發展的生命線。

放射性物質一般都有較嚴格的安保措施，主要包括入侵報警系統、視頻監控系統、出入口控制系統等多個子系統［7～11］。

入侵報警系統的作用是通過各種探測器識別出敵對勢力的入侵并延遲或阻止入侵的行為。這些入侵探測器主要有：紅外微波探測器、靜電場探測器、光纖振動探測器、收發分置合置微波探測器、張力鐵絲探測器、埋地電纜探測器、脈沖電子圍欄、麥克風電纜振動探測器等。通過這些探測器探知入侵者是否存在非法行為，并準確定位入侵地點，為安保控制中心的值班人員提供信息。用于延遲或阻止入侵行為的技術措施有柵欄、圍墻、罐、運輸容器、門的鎖和聯鎖、帶鎖的屏蔽容器、抗侵入的放射性物質容器等。

視頻監控系統（見圖2）進行快速準確的定位報警，包括防區各出入口視頻監控、重要區域視頻監控。利用視頻監控拍攝的圖像，進行圖像識別或者值班人員識別并確認出是否有非法入侵行為，實現有效探測，從而保護放射性物質的安全。

圖2 視頻監控系統Fig.2 Video monitoring system

出入口控制系統（見圖3）用于對進出放射性物質保護區域的人員和載有放射性物質的車輛進行統一授權管理，通過相關設備自動識別個人生物特征、出入卡或密碼，繼而控制出入口的通行。

近年來，放射性物質安防管理系統開始加入物聯網技術［12，13］，例如，采用RFID（無線射頻識別）、傳感器網絡、無線數據傳輸等信息技術。浙江大學針對放射源的異常泄漏、意外丟失和被盜等問題，研制了基于RFID/GPRS（通用分組無線服務技術）的放射源監控系統［14］。其實時位置功能由GPS 無線定位模塊實現，放射源底部電子標簽狀態信息由RFID 閱讀器讀取。位置與標簽狀態信息通過GPRS無線傳輸方式發送到遠程監控中心。南華大學利用RFID 技術、計算機數據庫管理技術來探索和建立一套先進的放射源安全和防護電子標簽管理和追蹤識別方案［15］。

圖3 出入口控制系統Fig.3 Entrance access control system

綜上所述，現有放射性物質的安全完全依靠外部系統，猶如無任何安全意識的小嬰兒，既不能感知面臨的危險，也不具備基本應對能力。當外在安全系統由于各種原因而失效時，則放射性物質的安全無法得到保證。另外，當新的安全威脅出現時，例如，來自低空和水域的安全威脅，外在安全系統不得不被動升級，從而帶來成本和實效性的巨大壓力。為了解決上述問題，本文提出放射性物質個體自主安全智能的概念，賦予放射性物質感知面臨的危險的能力和基本應對能力。

2 放射性物質個體自主安全智能

定義1：由于放射性物質在運輸、使用、儲存等階段都處于特定的包裝容器之中，放射性物質的安全就是其包裝容器安全。因此，如果容器具有感知和應對未經授權的接近和獲取放射性物質等危險的基本能力，則稱放射性物質具備了個體自主安全智能（以下簡稱安全智能）。

以放射性廢物為例，其從產生到處置，一般需要經過處理、運輸、儲存幾個階段，處理主要是對廢物進行焚燒、壓縮、去污、固化或固定等。而在運輸、儲存階段，放射性廢物都處于密閉的放射性廢物桶之中（見圖4），因此，放射性廢物的安全就是廢物桶的安全。如果在放射性廢物桶上加裝智能電子設備，使其能夠探測外來人員的非法接近并通過聲光報警，則放射性廢物就具備一定的安全智能。

圖4 廢物容器（桶）Fig.4 Waste containers

不同于入侵報警系統、視頻監控系統、出入口控制系統等外在安全系統，安全智能是放射性物質的內在安全系統，具有獨立的自我安保能力。

如果把放射性物質的安全性理解為其擁有的整體安保能力，那么安全智能與外在安全系統的組合可以為放射性物質提供內在和外在2個方面的安全保障，從而極大地提高放射性物質的安全性。

為了方便討論，把安全系統的安保能力簡化為系統可用度A（A=系統平均無故障時間除以系統平均無故障時間和故障平均維修時間之和），系統不可用度為Aˉ=1-A。由于安全智能與外在安全系統是完全獨立的，因此，二者可以認為是并聯系統。只有在外部安全系統和自身安保能力同時失效時才能喪失安保能力，所以，總的不可用度應為二者乘積，即總不可用度。二者并聯后總的系統可用度

例如，某安全監控系統［16］主要由電源、前端設備（如傳感器、攝像頭等器件）、數據交換設備（組網用）及服務器等部分組成。當電源、前端設備、數據交換設備及服務器4部分的故 障 率 分 別 為：0.01383 次/a、0.7076 次/a、0.0902 次/a、0.0440 次/a 時，系統總故障率為0.8556 次/a，計算獲得系統可用度Aw可達99.77%，不可用度為2.3478×10-3，數量級在10-3。

放射性物質安全智能的實現可以采用外在安全監控的相關技術，其系統不可用度可達到外在安全系統的同一數量級10-3。因此，安全智能與外在安全系統組合后，總不可用度=，數量級在10-6，放射性物質的安全性將達到0.999999。

3 具有個體自主安全智能的放射性物質安保級別劃分

國際原子能機構的報告《放射源安保》（IAEA-TECDOC-1355）［17］依 據《放 射 源 分類》［18］對各種類型的放射源進行風險評價，按照其風險水平把所要采取的安保措施分為4 個級別。放射源分類見表1。

安保級別可以用安保措施的執行目標來表述。由于采用的措施很廣泛，可用阻礙、探測和延遲未經授權的接近或者獲取放射源的能力來描述它們。

4個安保級別的安保措施的執行目標見表2。

分析表2所列安保措施的執行目標，可以得到如下結論：

D級安保只需要采取存量盤點和記錄、現狀和事件報告制度等管理措施；

表1 放射性物質分類及對應的安保級別Table 1 Radioactive substance classification and the corresponding security levels

表2 安保級別的執行目標Table 2 Execution targets at different security levels

C 級安保在D 級基礎上，增加了對“阻止”能力的要求，可通過提供實物屏障的物理措施；

B級安保在C級基礎上，主要是增加了對及時“探測”能力的要求，可以采用入侵報警系統、視頻監控系統等技術措施；

A 級安保在B 級基礎上，增加了“能夠延遲”和“作出反應”兩個條件，即“能夠延遲未經授權的人獲取放射源的時間，直到對此作出反應”，因而需要更強的技術措施來阻止未經授權的人獲取放射性物質。

在《放射源安保》報告中，有一個隱含的假設：安保措施的保護對象都是沒有任何安全智能的物質，是純粹的客體，其安全只能由外在的安全系統來保障。而對于具有自主安全智能的放射性物質而言，其安全性是由外在系統的安保能力和內在安保能力的組合來實現的。

借鑒《放射源安保》對安保措施的執行目標的分類，放射性物質的自主安全智能可分為如下兩個安全等級：

Ⅰ級個體安全智能：能夠及時探測到未經授權的人接近和獲取放射源的行為并報警，提示相關的人或系統作出反應。

Ⅱ級個體安全智能：Ⅰ級個體安全智能加上“能夠延遲未經授權的人獲取放射源，直到可能對此作出反應”。

為了表述一致，把沒有任何安全智能的放射性物質稱為具有零級安全智能。

以小孩類比，零級安全智能的小孩就是一個沒有任何自主安全意識的嬰兒，其安全性只能靠父母或其他人來保障；Ⅰ級安全智能的小孩已經具有基本安全意識和能力，當遇到安全威脅時，能夠通過哭鬧或者語言來尋求大人的保護；Ⅱ級個體安全智能的小孩還可以在哭鬧的同時，以各種反抗行為來主動抵御安全威脅。

放射性物質的自主安全智能和外在安全系統組合，可以得到更高的安保等級，見表3。

表3 具有安全智能的放射性物質安保級別Table 3 Security levels of radioactive substances with individual self-security intelligence

因為放射性物質自主安全智能和外部安全系統都是以提高放射性物質的安保能力為目標，各自不同的安全等級劃分的原則都是以各自安保能力的執行目標為依據。某一特定的安全風險等級，既可以有外部安全系統的安保等級單獨與之對應，也可以有放射性物質自主安全智能等級單獨與之對應。當放射性物質同時具備外部安全系統和自主安全智能時，則可以由相對較低的安全等級組合來對應。例如，C級外部安保加上Ⅱ級個體自主安全智能可以相當于B級安保，若加上Ⅰ級個體安全智能則可以等同于A級安保。這樣，在進行放射性物質安保能力設計時，就可以有多個安保等級可供選擇；同時，相比之前僅有外部安全系統，IIA、IA可以比原有的A級安保提供更高的安保水平。

4 結語

本文介紹了放射性物質面臨的各種安全風險，分析了傳統安保技術存在的不足，提出了放射性物質個體自主安全智能的概念，建立了外在安全系統能力與內在安全智能相結合的放射性物質安保能力級別新體系。

下一步擬從3個方面開展工作：（1）針對放射性物質使用、監管單位的實際需求，研究個體自主安全智能的實現技術，研發樣機和產品；（2）把個體自主安全智能的概念擴展為群體自主安全智能，研究放射性物質如何通過相互協作來提高群體安全性；（3）研究如何針對具有內在安全智能的放射性物質來設計新型的外在安全系統，實現內外安保能力的有機融合，從整體上提高放射性物質的安全性。