一種新型智能電子劑量監測終端的研制

劉紅旗

摘 要：隨著技術的不斷發展，核電站控制區出入管理流程正朝著智能化和自動化的方向演變。目前，核電廠設計中，控制區出入放射性監測系統存在不能自動化控制、攜帶不方便、不能遠程控制等缺點。通過一種新型智能電子劑量監測終端的研制，改進控制區出入放射性監測的設計理念，自動化、智能化的設計理念帶來了無人值守等先進的管理流程，使得控制區出入放射性監測系統設計朝著智能化和自動化的方向發展。

關鍵詞：智能;電子劑量;核電站控制區;監測終端

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）01-056-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.025

1 背景

控制區出入放射性監測系統，分為個人電子劑量監測系統和個人熱釋光劑量監測系統，是核電廠輻射防護與劑量監測的主要系統之一[1]。該系統的主要功能是控制放射性污染物的擴散，保護核電站工作人員的安全[2]。而電子劑量終端（或稱電子劑量計）又是該系統的核心設備之一[3]。由于現有的電子劑量監測終端功能單一，造成工作流程有不足之處，新型智能電子劑量檢測終端的研制勢在必行。

現有的控制區出入放射性監測系統設計流程中，工作人員需要按照性別分別進入控制區出入口的男女通道，執行一系列控制程序后方可進入放射性控制區工作[4]。

核電站控制區分為男女兩個通道。以男通道為例，工作人員需要攜帶本人的實物保護卡，簡稱ID卡，并提前拿到進入控制區的輻射工作許可證（簡稱IP卡），方可進入控制區出入口（以下將控制區出入口簡稱衛生通道）。在更衣室脫下家庭服以后，攜帶更衣柜鑰匙、ID卡，到輻射劑量值班室的值班窗口處辦理進入手續。輻射防護人員在收到鑰匙和ID卡后，讀取ID卡獲取人員電子信息，在辦公系統中驗證IP卡的有效性，發放綁定該人員信息的個人電子劑量計（該電子劑量計為公用，故需現場綁定）、個人熱釋光劑量計、返還ID卡給工作人員，留存鑰匙。工作人員在收到上述物品后，穿上核電站工作服，將電子劑量計和熱釋光劑量計佩戴在工作服的專用區域。在控制區入口三角閘門聯動的讀出器上讀取綁定本人信息的電子劑量計后，進入控制區工作。

在控制區內，工作人員需要在限定區域內工作。當需要進入某個特定區域時，需要讀取相應權限的ID卡。工作人員在控制區內工作時，與值班室處于“失聯”狀態。輻射防護人員無法獲取工作人員的狀態信息，也無法與工作人員取得隨時聯系。如果工作人員需要臨時進入某個區域工作，需要退出控制區重新按上述流程進入。

出控制區時，工作人員需要接受放射性檢測后方可離開。首先，接受全身表面污染C1門監測，合格后脫下工作服，手拿ID卡、電子劑量計、熱釋光劑量計，憑電子劑量計打開全身表面污染C2門，監測合格后將電子劑量計、熱釋光劑量計退還給輻射防護人員，領回家庭服衣柜鑰匙，穿上家庭服，離開控制區。

現有工作流程存在較多可改進之處。首先，流程控制為有人值守模式，流程控制主要靠輻射防護人員進行，不能實現自動化操作;其次，工作人員需要佩戴的設備較多，如熱釋光劑量計、電子劑量計、ID卡等，在進入衛生通道時需要多次穿脫衣物，佩戴和操作不便;最后，工作人員在控制區內的狀態不受控制，不能及時與輻射防護人員取得聯系、獲得技術支持，如果需要臨時進入某個區域工作，輻射防護人員不能遠程及時處理等。

2 系統設計

針對現有核電站控制區出入放射性監測系統設計，不能自動化控制、攜帶不方便、不能遠程控制等缺點，現通過一種新型智能電子劑量監測終端的研制，提供一種核電站控制區出入放射性監測系統設計思路，流程圖如圖1所示。

首先，人員進出放射性控制區流程控制為無人值守模式，流程控制依托工作人員手持智能終端進行，可實現全自動化操作;其次，工作人員需要佩戴的設備集成在智能終端上，操作簡便，可將終端用于語音通信，提高了工作效率;最后，工作人員在控制區內的狀態受到遠程控制，出現問題時可及時與輻射防護人員取得聯系和技術支持。如果需要臨時進入某個區域工作，僅需進行簡單操作即可完成申請，簡單便捷。

衛生通道內布置有更衣間和劑量管理間，衛生通道外布置有非放射性工作區，衛生通道通往放射性控制區;所述的更衣間布置在衛生通道內最先進入的區域，所述的劑量管理間布置在更衣間后，且在非放射性工作區與放射性控制區的邊界處;所述的更衣間內設置有自助衣柜，所述的劑量管理間內設置有自助值班機，所述的自助衣柜與自助值班機上均帶有讀卡區，連接在通用互聯網絡上，與核電站服務器系統互聯。

工作人員進入更衣間前，需配置專用的個人劑量智能終端，工作人員綁定個人信息并激活該終端后方可使用。在進出衛生通道或在控制區及非控制區工作時，需始終攜帶該終端。

智能電子劑量終端有觸摸顯示屏、語音模塊、人物頭像識別模塊、熱釋光劑量計放置區、NFC感應區，熱釋光劑量計放置區用于放置帶有條形碼的個人熱釋光劑量計。

進入衛生通道時，工作人員手持個人劑量智能終端進入更衣間，在自助衣柜的讀卡區掃描智能終端上的NFC感應區。打開衣柜，脫下所穿的家庭服存放，換上工作服，工作服上預留有終端的專用存放口袋。

如果不需要進入放射性控制區工作，可直接進入非控制區。

如果需要進入放射性控制區工作，應在進入衛生通道前，從核電站服務器系統上取得IP證;工作人員手持個人劑量智能終端進入劑量管理間，在自助值班機的讀卡區掃描智能終端上的NFC感應區，刷個人熱釋光劑量計上的條形碼，并使用虹膜識別確定工作人員的身份;自助值班機確認工作人員身份、已取得的IP證，并已經在更衣間穿著工作服，則允許該工作人員進入。

如果需要進入授權才能進入的放射性控制區工作，則需要使用智能終端在入口門禁的讀卡區掃描NFC感應區，并使用人物頭像識別模塊進行頭像識別，確定工作人員的身份;如果允許進入，則門禁打開，可進入控制區操作間工作。

如果臨時需要進入原來未申請進入的另一控制區操作間工作，則需要使用語音模塊與輻射防護值班室的值班人員取得聯系，口頭報備;之后使用終端在另一控制區操作間門禁入口的讀卡區掃描終端上的NFC感應區，并使用人物頭像識別模塊進行頭像識別，確定工作人員的身份;遠程的輻射防護值班人員審核通過后，手動按鈕確認允許進入，門禁打開，工作人員可進入另一控制區操作間工作。

出控制區時，工作人員經過全身表面污染監測C1門、小物品放射性表面污染監測后，脫下工作服;憑借終端掃描NFC感應區打開C2門，監測全身表面污染后，個人電子劑量信息自動上傳至個人劑量服務器;個人熱釋光劑量每個特定周期集中上繳測量一次;之后到更衣室，憑借終端掃描NFC感應區打開所在的衣柜，換回工作服，離開控制區。

上述流程中，工作人員可隨時通過終端觸摸顯示屏了解下一步的操作步驟，接受流程指引;在此過程中，也可通過終端隨時與值班人員取得聯系。

3 智能電子劑量終端

智能電子劑量終端是核心設備，智能終端為長方體。

正面主體為觸摸顯示屏，觸摸顯示屏的下部設有虛擬操作鍵，包括返回鍵、確認鍵和菜單鍵。

在智能終端的下方設有語音模塊，用于工作人員實現與遠程輻射防護值班人員的實時通話。

在智能終端的上方設有前置人物頭像識別模塊，用于識別工作人員身份，并實時發送至服務器進行驗證。

在智能終端背面設有熱釋光劑量計放置區，是一個物理留空的區域，用于放置個人熱釋光劑量計。

NFC感應區，用于智能終端與各設備之間的信息交互，支持I2C、SPI和高速UART，支持RFID讀寫，與同行的P2P通信。

掃描攝像模塊，用于現場記錄與取證，具備光學防抖功能。

電子劑量計模塊，用于測量工作人員的外照射計量，采用半導體探測器模塊作為探測器。

數據處理模塊，用于數據處理及控制，采用類似智能Android手機的定制設計，在操作系統的基礎上進行定制，兼容上述操作流程。

供電模塊，用于對智能終端各部件進行供電。

在智能終端側面設有操作按鈕，包括確認鍵B、選擇鍵A和選擇鍵B;選擇鍵A、選擇鍵B的功能為菜單選擇、上下調節、語音調節和參數設置;確認鍵B，用來確認選擇或關閉屏幕。

熱釋光劑量計背后設有唯一的條形碼，方便后期測量使用，也是進出控制區的要素之一。

人物頭像識別模塊為傳感器相機，可在較暗的環境下對工作人員的面部特征進行驗證。

語音模塊包括語音控制芯片、控制電路、外放放大器、接聽接口、麥克風接口、耳機接口。

4 結語

綜上，基于自動化、智能化的設計理念，通過新型智能電子劑量監測終端的研制，解決了現有核電站控制區出入放射性監測系統設計不能自動化控制、攜帶不方便、不能遠程控制等缺點，為核電站系統設計提供了新的思路。新型智能電子劑量監測終端彌補了流程上的不足之處，具有良好的發展前景。

參考文獻

[1] 凌球，郭蘭英.核電站輻射測量技術[M].北京：原子能出版社，2001.

[2] GB 18871-2002，電離輻射防護與輻射源安全基本標準[S].北京：中國標準出版社，2002.

[3] 汲長松.核輻射探測器及其實驗技術手冊[M].北京：原子能出版社，2010.

[4] 凌球，郭蘭英.核輻射探測[M].北京：原子能出版社，2002.