輻射環境監測省級重點實驗室建設研究和成效*

章昕欲 馬永福 劉弓冶 穆晨旸 胡晨劍 邵海江 趙順平 葉 俊#

(1.浙江省輻射環境安全監測重點實驗室,浙江 杭州 310012;2.浙江省輻射環境監測站(生態環境部輻射環境監測技術中心),浙江 杭州 310012;3.浙江國輻環保科技有限公司,浙江 杭州 310012)

隨著社會經濟發展,人類對能源的需求日趨加大,全球化石能源面臨嚴重供應危機,核能作為目前可大規模替代化石燃料的能源,正在被廣泛應用。我國核電自2010年起進入快速發展時期,截至2023年4月,我國大陸商用核電機組54臺,總裝機容量5 682萬kW,位居全球第三[1]。《2021年國務院政府工作報告》中提到了“優化產業結構和能源結構……大力發展新能源,在確保安全的前提下積極有序發展核電”。同時,2022年國家原子能機構發布核技術領域十件大事,核技術作為當代公認的高新技術,在工業、農業、醫療、環境、安全等諸多領域得到應用,助推產業轉型升級,作用不可小覷。在電磁領域,截至2022年底,第五代移動通信技術(5G)通信基站超231萬個,投運特高壓交流輸變電工程17項,特高壓直流輸電工程16項,累計線路長度4.83萬km,變電站(換流站)容量超過3.08億kW。伴隨上述新型產業的不斷發展,政府和公眾對核與輻射環境安全的關注度越來越高,輻射環境安全監測工作的重要性進一步凸顯。

重點實驗室是科技創新體系的重要組成部分,也是實施創新驅動發展戰略的重要載體。以重點實驗室建設為依托,可以提升基礎研究與應用基礎研究、關鍵核心技術攻關的支撐能力[2]。目前,國內輻射環境監測能力滿足管理部門要求,同時監測結果能較好說明現有輻射環境質量狀況,但在監測技術研究、預測預警、核心技術創新方面缺乏專門的平臺。浙江省輻射環境安全監測重點實驗室(以下簡稱輻射監測實驗室)依托浙江省輻射環境監測站(生態環境部輻射環境監測技術中心),2010年3月在浙江省科技廳的批準下建設,2012年12月通過驗收。

1 建設思路和方法

輻射監測實驗室是國內首個輻射環境監測類省級重點實驗室,在管理方向上,立足學科定位,瞄準研究方向,運用先進設備,做好人員培養。

1.1 學科定位和研究方向

針對浙江省為核電大省的特點,根據經濟、科技及核能發展的現狀需求,以確保核安全、環境安全、公眾健康為目標,將“掌握核心和專利技術,服務經濟發展和核能利用;掌握國內外科學技術發展動向,提升輻射環境監測領域科研水平”作為輻射監測實驗室建設總目標,致力于輻射環境安全監測關鍵技術研究,確定主要研究體系。

抓住核與輻射突發事件的特點,研究核與輻射突發事件應急預警及響應,形成規范的核與輻射突發事件(含核與輻射恐怖事件)預警數據提取和共享技術;跟蹤國內外輻射環境監測領域的標準化動態,研究電離輻射監測及劑量評價技術,規范現有非標準化的采樣、分析測試、數據處理技術,制修訂相應的國家輻射環境監測標準;針對當前電磁環境的發展和信息發射設施、電磁能利用設備、高壓輸變電設施和電牽引交通設施的廣泛應用,研究電磁輻射監測技術,完善、補充、填補測量技術和電磁標準的空白,規范電磁設施的管理,創建安全的電磁環境。主要研究方向和內容見表1。

表1 主要研究方向和內容Table 1 Main research directions and content

1.2 硬 件

實驗場所儀器設備配置是確保研究順利進行的必要條件。輻射監測實驗室建設和運行具有“無專項經費撥款”這一特點,因此最大限度整合利用現有儲備和資源就成了輻射監測實驗室硬件建設的必經之路。按照研究方向,對輻射監測實驗室依托單位原有的場地進行整修和重新規劃布局,創造性地設立了多個放射性核素監測實驗室和電磁輻射環境監測實驗室,其中低輻射本底γ能譜分析實驗室、應急監測實驗室、化學分析實驗室、電磁輻射環境自動監測實驗室均為全國生態環境系統首個建立。在此基礎上,通過配置獨特的儀器設備,從布局合理、儀器設備領先兩方面完成了輻射監測實驗室的硬件建設。早在2012年,獨特的儀器設備就包括了全國生態環境系統唯一的SAUNA和SPALAX惰性氣體監測系統、全自動站采用設備,全國生態環境系統首套物理監測移動應急實驗室、化學分析移動應急實驗室和電磁輻射便攜式實時分析儀。具體可見表2。

表2 輻射監測實驗室硬件配置Table 2 Hardware configuration of radiation monitoring laboratory

1.3 人員和管理

實驗室人員的專業知識水平高低、作用發揮的大小會直接影響實驗室技術研究能否順利進行[3]。輻射監測實驗室依托單位原本以常規輻射監測為主要工作,在確立輻射監測實驗室的建設后,從“人”上下功夫,聘請了2022年至今國內輻射防護與輻射監測領域唯一的中國工程院院士潘自強作為名譽主任,指導輻射監測實驗室發展;在輻射監測實驗室領導的帶領下,以科研項目為牽引,整合現有研究力量,構建了一支層次高、結構合理的科技人才隊伍,其中高級工程師及以上占比67%,博士、碩士占比75%;同步打造青年人才,將中青年人才隊伍作為科研隊伍的中堅力量。截至2022年,生態環境部第二批生態環境監測“三五”人才12名,其中“尖端人才”2名、“一流專家”3名、“技術骨干”7名。

實驗室建設和運行中,管理制度不乏項目、人員、設備這些方面,管理體制又是實驗室發展建設的重要環節[4]。結合依托單位實際情況和輻射監測實驗室發展目標,輻射監測實驗室從調動人員積極性入手,鼓勵創新,以多種類、多角度的制度來保障和促進科研發展,頒布了《科研項目管理規定》《技術委員會管理辦法》《科研經費管理辦法》《論文版面費支付管理規定》《財政科研項目管理辦法》《科學技術獎勵辦法》等管理制度,同時為提升人員的專業技術水平和學術水平制定了《聯合培養研究生管理辦法》。

2 成 效

2.1 對標國際

核與輻射安全在世界范圍受到特殊關注是在二次世界大戰末期美國在廣島投下名為“小男孩”的原子彈之后,切爾諾貝利事件等幾次嚴重的核泄漏事故發生后更得到了重視。美國、歐盟、法國、日本等很早就開展輻射環境監測工作,建立了全國范圍的輻射環境監測系統,對輻射環境狀況實行連續在線監測,為輻射環境質量的評價和輻射應急決策提供支持,保障核能發展。其中,知名的研究機構主要有美國環境保護署輻射與室內空氣辦公室(EPA-ORIA)、法國放射防護與核安全研究院(IRSN)、德國核安全協會(GRS)和日本化學分析中心(JCAC)。

輻射環境質量監測網方面,美國起步較早,自1951年開始就針對沉降灰開展監測研究,1973年,多個輻射監測網絡合并成全美輻射監測網(RadNet)[5]。法國是全球核電占比最高的國家之一,IRSN是法國核與輻射風險相關方面的國家級技術機構,承擔輻射環境監測工作,1959年起在質量監測網方面開始介入環境放射性監測,1991年起建設環境γ輻射空氣吸收劑量率監測網。GRS是德國最重要的核安全技術支持機構,承擔輻射環境監測工作,1993年建立覆蓋全國的輻射環境監測系統。1999年,日本規定監視和測量由放射性物質引起的環境變化,JCAC是環境放射性和輻射分析專業機構,承擔輻射環境監測工作。各國監測機構開展的監測項目見表3。

表3 部分國家監測機構開展的監測項目Table 3 Monitoring projects of monitoring agencies in some countries

我國原國家環境保護總局在2006年開始規劃建設全國輻射環境監測網絡[6]。輻射監測實驗室依托單位是該監測網絡的牽頭單位,負責實現輻射環境全覆蓋全天候監控。輻射監測實驗室的電磁輻射、空氣、水、生物、土壤、其他電離輻射和噪聲七大類51項監測能力通過了中國合格評定國家認可委員會認可和檢驗檢測機構資質認定。輻射監測實驗室連續9年參加了國際原子能機構組織的實驗室能力驗證。

電磁環境監測方面,美國、德國、法國、日本等在20世紀80年代以來在電磁環境監測兼容性標準與規范方面達到了較高水平[7],我國電磁輻射標準限值與世界其他國家或組織相比,控制水平較嚴格,對比結果見表4。

表4 部分組織的公眾照射限值1)Table 4 Public exposure limits of some organizations

目前,全球主流國家(加拿大、韓國、日本、澳大利亞、歐盟、葡萄牙、荷蘭、瑞典、英國、德國、法國、西班牙、希臘等)執行ICNIRP制定的公眾照射限值標準,電磁監測點位布設最多的希臘原子能委員會(EEAE)通過在希臘建設500個固定(包含寬帶和選頻)、13個移動(車載選頻)測量站來持續監測來自各區域的電磁場水平[8]。

輻射監測實驗室通過標準轉化,已完成了覆蓋全國范圍電磁輻射環境質量、變電站、雷達、通信基站、廣播電視發射塔和高鐵線路的電磁輻射自動監測系統,實現了對特定區域電磁場水平的自動連續觀測,并在全國率先編制了省級地方標準《電磁輻射環境自動監測技術規范》(DB33/T 2553-2022),驗證了GB 8702—2014的有效性。

從輻射環境質量監測網和電磁環境監測兩方面來看,輻射監測實驗室形成了完整的輻射監測體系,監測能力達到國際同等水平,電磁輻射標準限值控制水平嚴格于西方國家,從而確保了輻射監測實驗室監測數據的“真、準、全”,為監測技術研究的開展奠定了良好的基礎。

2.2 技術特點

輻射監測實驗室在日常工作基礎上不斷總結、歸納和提升,開創了監測技術研究和標準制修訂工作。

2.2.1 監測技術

作為輻射環境安全監測重點實驗室,不僅注重輻射環境監測,同時也注重輻射環境安全監測,特別是核與輻射安全方面。預測預警與模擬仿真技術填補了我國生態環境系統中該領域的空白,建立了秦山核電基地、北京奧運工程假想突發事故預測預警仿真系統;惰性氣體的測量技術研究成果達到了國際同類水平,填補了國內空白,在國內首次實現了移動惰性氣體輻射監測,并成功應用于對日本福島核泄漏事故的環境監測,最新引進的“移動快速部署型放射性惰性氣體自動采樣分析系統”首創在秦山核電基地外圍放射性氙連續監測中開展,達到了良好的環境安全和社會效益[9-11];2012年,車載大體積NaI γ能譜分析儀首次在國內輻射環境監測中應用[12-13];“全國環境天然放射性水平調查數據的開發利用”項目成果在“日本福島核電事故對我國環境影響”評價過程中得以應用,據此編制的《日本福島核事故對中國大陸環境影響》被聯合國原子輻射效應科學委員會(UNSCEAR)采用[14]。在日本福島核電站事故應急監測期間,利用質譜分析儀對全日空航班外壁及渦輪發動機附著的粉塵樣品中放射性核素210Po含量進行了分析,這是該技術首次在我國生態環境系統的應用[15]。

同時,輻射監測實驗室在“基于環境保護的5G基站電磁輻射監測技術標準研究及應用”“新型氧化石墨烯膜的研制及高效處理放射性廢水的研究”“環境氚全自動連續監測系統研制及應用開發”技術方面做出了突破性嘗試。

2.2.2 標準體系

依托日常工作及其研究成果,輻射監測實驗室建設了適合我國實際情況的輻射環境保護標準體系。截至2022年,輻射監測實驗室先后完成25項國家標準和1項地方標準的制修訂(見圖1),在輻射環境監測領域位居全國第一,成為區別與其他省級重點實驗室最顯著的特點之一。輻射監測實驗室完成的GB 8702—2014和《直流輸電工程合成電場限值及其監測方法》(GB 39220—2020)這兩項國家標準,覆蓋了0 Hz至300 GHz的全頻段電磁環境控制限制。隨著世界移動通信技術的發展,輻射監測實驗室又完成了世界首個5G通信基站電磁輻射環境監測方法。輻射監測實驗室編制完成的《電離輻射監測質量保證通用要求》(GB 8999—2021)實現了對電離輻射監測工作中質量保證的全覆蓋。

圖1 輻射監測實驗室制修訂的標準數量Fig.1 Number of standards developed and revised by radiation monitoring laboratory

3 問題與建議

作為輻射環境監測領域首個省級重點實驗室,輻射監測實驗室的監測能力走在了國內領先水平,現有監測技術領跑全國、比肩國際,在保持可持續發展中必然會面臨以下問題:(1)無實體化。依托單位沒有賦予輻射監測實驗室相對獨立的人事權和財務權,無專職科研人員和科研秘書,無法實現科研過程的組織化,對于科學研究只局限于目標導向性,而非以學科布局下的擇優遴選制。(2)經費制約。輻射監測實驗室依托單位是公益二類事業單位,在運行過程中很難將許多國家、省部科研政策全效落地,科技成果轉化的實效性也較差,加上輻射監測實驗室運營經費均來源于自籌經費,會造成科研經費的相對不足,從長遠來看,大量科研項目的前期基礎發展會受到阻礙。

建議:(1)發揮聯合平臺效應。以學科發展需求為基礎,以多學科協同研究為橋梁,組建聯合輻射監測實驗室或輻射監測實驗室聯盟。設立輻射監測實驗室的開放基金,進一步加強與國內外高校、科研院所及輻射監測單位的科研合作,匯聚優秀科研人才在輻射監測實驗室這個開放平臺上開展基礎與應用基礎研究[16]。(2)設立動態實體管理機構。按需設崗、按崗聘用、合同管理、動態調整、能進能出,實行穩定與流動結合[17-18],用靈活機制助推輻射監測實驗室可持續化發展。建立靈活的輻射監測實驗室引人用人制度,配備專兼職人員,利用低碳用人機制,有助于輻射監測實驗室可持續特色化發展。(3)開展多元化的經費籌措。①利用現有文件中關于科研激勵、成果轉化等規定,鼓勵輻射監測實驗室人員開展橫向課題,牽頭承擔國家重大研發任務并落實成果轉化。②轉變觀念拓展思路,將“吃飯型”轉變為“發展型”,開辟多元化經費籌措渠道。積極融入科技創新發展的蝶變中,通過“浙里好成果”等一體化平臺,將輻射監測實驗室成果從“書架”走向“貨架”,通過展示發布、合作交流、路演對接、交易轉化[19]等形式引導企業和社會資本支持輻射監測實驗室的發展和科學研究;可探索輻射監測實驗室市場化運作的道路,依據特點打造輻射監測實驗室品牌,做好上下溝通、左右聯絡,開辟科技產業化、增強產學研合作,為輻射監測實驗室提供可持續的資金來源。

4 結 語

面對核能產業的不斷擴大、核技術利用的逐漸深入、電磁環境的日益復雜,輻射監測實驗室立足于輻射環境安全監測工作需要,堅持把提升輻射環境監測技術放在首位,通過搭建布局合理、儀器設備先進的科研平臺,致力于輻射環境安全監測關鍵技術研究。多年來,輻射監測實驗室建設成效顯著,輻射監測技術領先國內、比肩國際,填補了國內該領域省級重點實驗室的空白。希望輻射監測實驗室建設思路和方法的分享,對我國后續輻射環境監測類重點實驗室的建設具有一定的參考意義。