宁德核电厂外围环境γ辐射连续监测系统

2015-08-23福建省辐射环境监督站朱耀明林明贵

海峡科学 2015年6期

关键词：子站宁德核电厂

福建省辐射环境监督站　朱耀明　林明贵

宁德核电厂外围环境γ辐射连续监测系统

福建省辐射环境监督站朱耀明林明贵

该文主要介绍宁德核电厂外围环境γ辐射连续监测系统，讨论建设时应关注的问题、监测点位和监测项目以及监测系统组成。采用性能稳定、灵敏度高的高压电离室和能够识别核素的碘化钠谱仪，利用计算机和网络传输技术，实现监测系统自动化，满足监督监测要求。

γ辐射监测系统宁德核电厂

福建是一个能源资源相对匮乏的省份，社会经济的发展对能源的需求不断增加。发展核电不仅可以改善能源结构，保证社会经济发展所需的能源支持，而且由于核电厂不排放二氧化硫、氮氧化物等，可减少酸雨强度，对治理雾霾、改善大气质量起到重要作用。与燃煤电厂比较，核电是现阶段最好的低碳能源。目前普遍认为核电是相对清洁、安全的能源，为了解核电厂运行及事故状态下，放射性对环境影响的范围和程度，必须建设核电厂外围环境γ辐射连续监测系统，开展放射性监测。本文主要介绍该系统建设时关注的问题、监测点位和监测项目以及监测系统组成等。

1　系统建设时重点关注的问题

1.1探测器的选择

根据监督性监测系统的相关要求，系统主要目的是监测核电厂通过气载方式向环境释放的放射性气体所产生的γ辐射水平，而核电厂在正常运行情况下释放的放射性气体的量是非常小的，所产生的γ辐射水平被天然γ辐射水平的涨落所淹没。因此要监测到核电厂的排放对环境的影响，其探测器的灵敏度要达到能监测到天然γ辐射水平涨落的能力，甚至更高。当前国内外辐射环境监测系统采用的探头主要以GM计数管和高压电离室为主，也有使用半导体和NaI探头。高压电离室的优点是没有本底，所测数据稳定，精度高、价格较贵。GM计数管价格便宜，但有一定的本底，且精度低，数据离散性大［1］。NaI探头价格更贵，但是可以对γ核素进行分析和识别，在事故应急时可以迅速诊断泄露的核素。通过比较，只有选择性能更优的高压电离室及能够进行γ核素识别的NaI谱仪设备，才能满足监督监测要求。

1.2监测点位选择

监测点位的布设取决于监测目的，既要有代表性又要满足统计学的要求。在本系统建设时遵循如下布点原则：

一是原则上按核电厂周围16个方位考虑布设监测子站，每个方位角布设1个自动监测子站，靠海一侧海上不设立自动监测子站。

二是，在核电厂各堆址主导下风向、次下风向和关键居民组、居民密集区应适当增加监测子站。

三是，监测子站除对照点外，原则上应建在核电厂烟羽计划应急区范围内，部分监测子站应与核电厂自行监测点位重叠。

除了上述几条原则外，本系统还兼顾考虑了站点的测点代表性、站址的便利性、监测的长期性、系统的安全性、运行的经济性。

1.3系统的可靠性

本系统采用工业化标准生产的设备，在设备选配时考虑到抗风、耐蚀、防雷击等需求，能适应野外恶劣环境下长期稳定运行。数据传输采用有线和无线双路冗余方式。数据采集器实时对环境γ探测器、气象采集器、采样设备等参数进行监控及分析，对异常数据进行报警，提醒值班人员采取措施。各个站点还配置了可持续72小时的UPS电源，保障自动站在市电失效时仍能正常监测。系统所有设备都具备通电自恢复功能、数据续传功能等。

1.4系统的安全性

本系统充分考虑到福建地区雷暴较多的客观因素，对防雷要求非常重视。在系统建设过程中，对一切可能进雷电的线路都做好屏蔽、分流，做到层层防护、多级泄能，以达到防护目的。各个子站都配备了视频监控探头，不仅能直观地观察各站点现场运行状况，也能起到防盗的作用。为了保障数据传输安全，有线和无线网络均使用了VPN虚拟网络技术，在前沿站数据中心配置了硬件防火墙、杀毒软件，且有专人24小时值守。关键设备包括数据服务器、核心路由器等均使用双机热备方案，以保障出现故障时系统仍能正常运行。

1.5气象观察条件

本系统在选点的时候优先考虑站点的气象观测条件，所选的站点位置主要有两种，一种是野外地面空旷，附近无高楼或山体遮挡，这种选点均为地面站；另外一种是在建筑物楼顶，视野开阔，周围无更高的建筑物遮挡。因此，自动站在选点时避免了周围一些天然或人为因素对测量结果的影响，采集到的气象数据也更可靠。

2　监测点位与监测项目

按照《核电厂环境辐射现场监督性监测系统建设规范（试行）》的要求，监测子站连续监测核电厂周围环境γ剂量率、γ能谱，并对风向、风速、温度、湿度、气压和雨量等气象数据进行观测。定期采集空气中气溶胶、碘、空气中C-14和氚、干湿沉降等样品。

表1　监测点位与监测项目

3　监测系统的组成

宁德核电厂外围环境γ辐射连续监测系统由两大系统组成：核电厂外围辐射环境监测系统和流出物监测系统，按照建设内容和建设地点可将宁德核电厂辐射环境现场监督性监测系统分为四大子项：监测子站、福鼎前沿站、核电厂流出物实验室、省级数据中心。

3.1监测子站

宁德核电厂外围环境γ辐射连续监测系统包括10个监测子站，其中增强站1个、标准站2个，其余为基础站。秦屿、柏洋两个站点与宁德核电厂的KRS系统为共站，可用于两系统数据比对。监测子站分布见图1。

3.1.1γ辐射探测器

监测子站对环境γ辐射水平的监测要求很高，既要求能高精度、瞬时地获取环境γ剂量率，也要能在应急事故下快速对γ核素进行分析和识别，以便核应急指挥中心判断并决策，最大可能地减少损失，因此本系统在γ辐射探测器上选取了国际上公认性能优秀的美国GE公司RSS-131ER型号高压电离室及加拿大RadiationSolutionsINC公司 RS-250型号NaI能谱探测仪，其性能见表2。

图1　监测子站分布图

表2　监测项目、仪器

3.1.2气象观测仪

每个监测子站都配备了一套气象观测仪用于环境中气象数据的连续测定与收集，每个子站都具备气象七要素（风速、风向、温度、湿度、气压、雨量、感雨）的采集功能，增强型站点渔井子站还配备了总辐射和净辐射的观测设备，详见表3。

表3　气象观测设备及性能

3.2数据采集与仪控系统

3.2.1数据采集系统

数据采集系统同时具备数据采集及存储能力，在采集时保证采集数据的正常存储，数据可在本地循环存储3个月以上，并在通讯中断恢复后及时续传，数据传输采用有线和无线双路冗余方式。数据采集系统可对监测子站设备各参数分别设置报警上下限，具备数据超阈值自动报警功能，并能够保存3个月以上的报警信息。

3.2.2仪控系统

控制系统具备对设备状态检查的功能，如通过通讯模式功能的控制，查看子站现场γ剂量率水平、雨量、风向风速等气象参数的数据，能够接受数据中心和现场访问，监控现场各设备状态，并以图形化的界面显示其运行状态，同时能够对数据采集和控制单元的参数进行设置。可记录现场系统的运行状态，如工作温度、电源情况、设备工作情况，并以运行日志的形式保存，应能保存3个月以上的日志信息。

3.3前沿站数据汇总站

前沿站数据处理中心配备数据采集器、通讯与传输设备，能够采集、传输核电厂外围环境γ辐射自动连续监测子站的监测数据，并将该数据传输至省级数据中心，并确保数据传输的安全可靠；同时配备数据处理、数据存储、网络安全、显示设备，能够处理、存储、显示核电厂外围环境γ辐射自动连续监测子站的监测数据和评价结果；配备数据信息处理软件系统，能够进行数据采集、传输、监控、处理、汇总、分析、显示及各种报告、报表自动生成。

核电厂外围环境γ辐射监测系统（仪控部分）由前沿站数据处理中心、监测子站、采样车、环境监测车和标准气象观测场组成，其网络拓扑图如图2所示。前沿站数据处理中心用于监控和采集各子站、气象站以及核电厂流出物在线监测的数据信息，实时传输监测数据至省级数据中心。

图2　通信系统网络拓扑图

3.4省级数据中心

省级数据中心是福建省辐射环境监督站为福建省所有核电厂外围辐射环境监督性监测系统搭建的省级数据汇总点，具备接收、处理各核电厂监督性监测系统监测数据的能力。省级数据中心目前已实现与宁德核电厂、福清核电厂监督性监测系统对接，环境监测数据实时传输至省级数据中心。

3.4.1数据中心的组成

省级数据中心由三部分组成，包括数据中心机房、监控与展示中心、福州自动站（比对站）。机房包含服务器、通讯设备、防火墙、UPS电源等；监控与展示中心可以通过图形、图像、表格、报表等多种方式展示所有自动站的数据，在应急事故响应时可为应急指挥中心提供监测数据；自动站为增强型站点，包括所有上文提到的γ探测设备、气象观测设备及采样设备，其采集数据用于与其他自动站的数据进行比对。

3.4.2数据处理程序

系统配置了专门的值守人员，在系统出现异常数据时，会自动产生报警信息发送给相关人员。当设备故障、通讯异常、市电中断等情况发生，系统只给值守人员发送提醒短信。当出现多个站点γ剂量率值超高且触发超高阈值报警时，值守人员应迅速检查核实，判断是否有人工核素泄露。若确定有人工核素泄露，应马上通知负责领导，并建议启用核应急预案。若无人工核素泄露，应查明原因，并做好详细记录。