水源放射性污染智能防护系统的研制与应用

李 岩 张永寿 汪鹏飞 田 军 邵亚辉 赵修义*

水源放射性污染智能防护系统的研制与应用

李 岩①张永寿①汪鹏飞①田 军②邵亚辉②赵修义②*

目的：研制一种核医学水源放射性污染智能防护系统，以有效控制民用放射性污水的排放，减少公共环境污染。方法：根据国家有关水源放射性管理规定对放射性废水的处理标准，应用计算机技术和电离辐射传感技术，自主研制一种智能化的放射性水源污染防护系统。结果：该系统无需人工干预，可实时防护放射性水污染，保障排放的废水放射性浓度＜3.7×102Bq/L。结论：水源放射性污染智能防护系统可实现放射性废水排放的智能化和自动化，保证所排放废水的放射性浓度水平符合国家标准要求。

核医学；水污染；放射性；智能防护

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

目前，环境污染问题尤其是水源的放射性污染时刻威胁着人类的生命健康。核污染是环境污染中危害最大、持续时间最长的一种污染形式，随着核能的广泛利用，核威胁、核伤害正悄悄的向人类靠拢逼近。统计表明，核事件正在逐年递增，故建立完善的核伤害医学快速反应救援专业队伍，已经是当今各国必然发展的趋势[1-2]。

水是生命之源，无论是战时还是平时都应该受到监控和保护。为此，本研究研制的水源放射性污染智能防护系统，战时能在核污染事件发生后实时监测饮用水源的污染情况并及时发出报警信息；平时可用作监测核能应用单位放射性污水的排放标准，确保周边环境安全。

1 水源放射性污染智能防护系统研究内容与技术路线

1.1 研究内容与方法

采用计算机技术和电离辐射传感技术，研制一种具有自主知识产权智能化的水源放射性污染智能防护系统。摒弃目前国内简单采用的以水源取样检测和放射性核素衰变技术对环境污染进行被动防护的滞后性弊端，采用人工智能方式对饮用水源和放射性污水进行自动实时监测[3-5]。应用自主研发的辐射传感器对饮用水源及放射性废水的放射性活度进行定量评估，通过智能计数器以国家放射性废水排放标准及饮用水源标准[6-8]分别进行设定，当饮用水源放射性活度达到报警阈值后系统自动报警并关闭输送装置，衰变后达到饮用水源标准后自动开启输送装置；在污水排放系统中，当放射性污水放射性活度达到排放标准后自动排放。利用计算机技术和电离辐射传感技术，实现饮用水源放射性污染报警及输送的智能化及核能应用单位放射性污水达标后的自动排放[9-11]。通过在水源进出管道处创新性地增加辐射传感器，同时在污水排放系统无害放射性废水排出管道处增加独立的净水稀释管道和辐射传感器，系统将根据辐射传感器传入的数据，在放射性浓度水平超标时打开独立的净水排放稀释管道并控制流量以稀释放射性污染的浓度，最大限度地避免放射性废水不慎泄漏时对公众环境造成危害。

1.2 技术架构

该线路主要由金属探测器、光电倍增管及频率计等组成，通过在水源进出管道处增加辐射传感器，完成对放射性污水的智能检测及报警。

(1)金属探测器的选择。选用碘化钠(铊)作为闪烁体探测器进行放射污染废液的探测，这是基于碘化钠(铊)对于γ射线污染具有最佳探测能力，因此将碘化钠(铊)作为原始级探测的第一选择。

(2)光电倍增管和高压电源的选择。选用GDB-44光电倍增管，能确保将俘获的较小γ射线强度倍增为较大的探测信号电流。高压电源采用CC238，可以摒弃既往庞大繁杂的高压发生器，使整个探测器及其相关器件组件更为精巧，可靠性极大提高。

(3)脉冲成形电路设计。为准确实施信号幅度分析和能谱测量，必须要整合放大器频带宽度、噪声、输入阻抗、抗计数过载、放大器的稳定性以及功耗等诸多因素，本系统脉冲成形电路设计运算选用CA3140放大器，能够适宜迅速的转换速度要求。

(4)频率计的采用。利用频率计HB962，反映γ射线辐照水平的特征。HB962频率计一般用于工业上对设备转速和频率的测量，该设备动态范围大、检测敏感度高。

2 水源放射性污染智能防护系统的结构及工作流程

2.1 系统结构

系统由现场控制中心和放射性废水处置系统组成。现场控制中心由计算机(包括显示器和打印机)、智能控制软件及接口电路等组成。放射性废水处置系统位于地下，由3个放射性废水降解池、净水管道、无害放射性废水排出管道、电离辐射传感器、液位传感器、排液泵以及电动阀门等组成。以不锈钢制成，每个容积约15 m3(如图1所示)。

图1 水源放射性污染智能防护系统框图

2.2 工作流程

当3个放射性废水降解池储水量均为0时，放射性废水先进入第一池，注满后液位传感器向计算机反馈信息，控制进水阀门关闭，废水依次进入第二池，第三池。电离辐射传感器探测到某降解池的放射性废水浓度水平达到国家规定的排放标准，且液位传感器探测到无形的废水进入时，该池排水阀门自动打开，开始排水。若无害放射性废水排出管道的电离辐射传感器探测到有超出排放标准的放射性废水流入时，现场控制中心将打开净水管道电动阀门，根据探测到的放射废水浓度控制净水的流量，向无害放射性废水排出管道内排入净水稀释放射性废水的浓度，确保流入公共排放管道废水的放射性浓度符合国家规定的排放标准。

3 水源放射性污染智能防护系统应用结果

系统经过试用，运行中无需人工监视或干预，可对医院核医学放射性废水污染实时防护[12-15]。根据医院日常工作程序和实际工作情况，可通过计算机控制系统人工预定系统的开启和关闭时间，选择每周工作时间，实现人机互动。系统在发现废水达到预先设定的放射性下限值时会自动发出动作指令，电动阀门和排液泵产生相应动作，能够保证排入外界环境的废水放射性浓度水平低于国家环境保护总局规定的放射性废水浓度水平范围的下限值(3.7×102Bq/L)。

4 结语

水源放射性污染智能防护系统较国外产品成本价格降低一半以上，且环境适应性好，安装简单，无特殊环境要求，其基本任务是战时能在事件发生即刻预警，有效地保护现场人员，尤其是在可疑污染区域应用价值更高，是很好的核战略防御措施；非战时能够有效控制民用放射性污水的排放，减少公共环境污染。

目前，国内处于防护理论和防护方法的初步研究阶段，对水源放射性污染智能防护的研究尚属空白。研究一种智能化水源放射性污染防护系统，对平时及战时核事件后公众水源进行预警保护以及控制放射性污水合理排放均为构建和谐社会生态环境的必然选择。

[1]赵宪英，舒为群，曹佳.医院废液中放射性物质排放状况研究[J].西南国防医药，2005，15(1)：29-30.

[2]张瑞菊，涂或.地表水中天然和人工放射性的研究现状[J].国外医学(放射医学核医学分册)，2005，29(4)：176-179.

[3]王丽琴，屈喜梅，焦玲，等.水中总α、β放射性测量概述[J].国际放射医学核医学杂志，2012，36(3)：164-168.

[4]国家环境保护总局.医院污水处理技术指南(环发[2003]197号).2003：1-29.

[5]杜桂珍，刘雁，袁士强.核医学放射性污水自动处理系统的初步应用[J].中国辐射卫生，2008，17(3)：327-328.

[6]中华人民共和国卫生部.GBZ133-2002医用放射性废物管理卫生防护标准[S].北京：中国标准出版社，2002：1-12.

[7]中华人民共和国国务院令第449号.放射性同位素与射线装置安全和防护条例[S].中华人民共和国国务院，2005-01-09.

[8]国家环境保护总局.医院污水处理技术指南[S].国家环境保护总局.2013-12-10.

[9]沈平，陈惠滨，王晓萍.基于电离探测器的辐射源检测系统设计[J].传感技术学报，2010，23(7)：944-948.

[10]杨忠东，庞建新，伍昭化.核医学示踪剂原料氧-18水废液提纯工艺的研究[J].第二军医大学学报，2007，28(5)：545-548.

[11]薛志强，闫保华，王红.医院污水处理系统研究与工程实践[J].中国医学装备，2013，10(8)：32-33.

[12]徐晓红，赵辉，禹晖.临床核医学放射防护的探讨[J].西北国防医学杂志，2008，29(1)：56.

[13]中华医学会核医学分会.2010年全国核医学现状普查[J].中华核医学杂志，2010，30(6)：428-429.

[14]中华医学会核医学分会.2012年全国核医学现状普查简报[J].中华核医学与分子影像杂志，2012，32(5)：357-358.

[15]张震，张奇，朱卫国，等.核医学放射防护状况调查与分析[J].中华放射医学与防护杂志，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

李岩,女,(1970- ),本科学历，副主任技师。济南军区总医院医学工程科，从事设备质量控制管理工作。

1672-8270(2015)01-0062-03

R145

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.01.020

2014-03-06

①济南军区总医院医学工程科 山东 济南 250031

②济南军区总医院核医学科 山东 济南 250031

*通讯作者：yzjfchen@sohu.com