部队核事故应急监测技术现状及发展

袁 伟　左 莉　陈显波　李 霄　 李 藐　罗中兴



部队核事故应急监测技术现状及发展

袁 伟左 莉陈显波李 霄 李 藐罗中兴

摘 要

关键词：核事故 应急 辐射监测

核事故应急监测，主要是指核事故发生后发现和测量核辐射，包括放射性种类、能量分布、辐射水平、污染范围以及人员剂量等方面的探测。应急监测过程中要提供报警功能，在放射性水平或辐射剂量超过阈值时，以声音、光感、震动等不同形式给予应急行动人员以警示信号。一般来讲，应急监测的目的是为了尽可能及时和详细地提供有关事故对环境和公众可能带来的辐射影响方面的测量数据，以便为核事故分级、剂量评价、后果评估以及防护行动决策提供技术依据。同时，为判断核设施、核部件和核材料损坏程度和寻找回收提供线索。由于时间的紧迫性和对监测人员照射危害的不同，不同事故阶段的应急监测目的和任务也不尽相同。

对于部队来说，由于装备一定数量的涉核武器，一旦发生重大事故，有可能引发核材料（包括铀和钚的同位素，氚）部件的破损泄漏，甚至导致化学炸药爆炸产生大面积放射性气溶胶颗粒，造成极其严重的外环境放射性污染，并对周边人员造成不同程度的放射性照射危害。在事故早期，应急监测主要任务是尽可能多地获取空中放射性气体、气溶胶的浓度，以及核素的种类；在事故中后期，重点在早期监测的基础上开始对地面、水源进行更加详细的监测，对于环境中的放射性污染水平加以量化确定，以便为恢复行动决策及潜在的长期照射预测提供依据。由于应急监测任务的艰巨性和复杂性，这对应急监测技术装备的性能提出了很高的要求［1］。本文结合目前部队核事故应急辐射监测技术水平的现状和存在的不足，有针对性地提出改进与提高的技术思路与具体方法，对于快速有效开展核应急处置行动、提高部队核应急能力具有一定程度的指导意义。

1.国外相关技术发展情况

欧美等发达国家的核应急监测技术一直在军事、社会需求的牵引下，在科学技术进步的推动下不断地发展。近年来，出现了一系列呈现数字化、智能化、网络化等特征的新型核应急辐射监测装备。

1.1便携式核应急监测装备

美国等国家研制出一系列满足在重度、中度等不同污染条件下操作使用的便携式核应急监测装备。其主要特点是将多种小型数字传感器结合在一起，具备量程拓宽、准确度提高、轻便化、性能稳定可靠等优点。同时，探测输出信号比传统半导体探测器高出多个数量级，既满足了核事故现场剂量与剂量率的测量，又可以快速判断核辐射射线的类型和核素种类，实现了复杂环境条件下的定量分析。

例如，以往市面上大部分核应急监测仪器都是盖革计数器为主要探测器的设备。盖革计数器一种专门探测电离辐射（α粒子、β粒子、γ射线）强度的记数仪器，其造价低廉、使用方便、探测范围广泛。但是这种仪器只能反应辐射强度，不能显示辐射为何种类型［2］。基于此，俄勒冈州立大学的研究人员研制出高性能的MiniSpec便携式核辐射监测仪。这种设备不仅能显示核辐射强度，还能确定种类以及具体危害程度。MiniSpec实际上是一款小型的伽马射线能谱仪，其探测器包含一种新型的“闪烁检测器”数码电子设备，里面包含了闪烁体感应器，闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，在辐射探测领域发挥着十分重要的作用。MiniSpec使用这种探测器同时使得仪器拥有小巧、耐用、轻量、高效，并能在复杂环境中操作的特性。此外， MiniSpec还能够支持以无线方式传输数据，允许操作人员在其他地点监测辐射数据，便于平时操作和战场使用。

图1　MiniSpec核辐射监测仪模板

1.2移动式核应急监测装备

核事故移动式核应急监测装备主要指将核辐射探测设备安装放置在可移动（车辆、无人机等）搭载平台上，能够完成突发核事故的实时监测。特别是机载核应急监测装备，具备对核事故现场信息的远程监测和分析能力，可在第一时间代替人员进入事故核心区域，快速获取现场辐射剂量分布、划定污染范围、辅助搜寻可能散落的核部件核材料碎片。应用该装备能够有效降低核应急人员的损伤风险，提高核事故现场抵达能力［3］。

在2011年日本福岛核事故处置过程中，日本政府就使用了美国微型无人机“T-Hawk”，用以替代人员监测和分析核电站核燃料附近的辐射剂量水平。该无人机直径约35cm，质量为7.48kg，能够以较高速度、固定高度、设定航线在大范围内进行长时间巡航测量和悬停测量，垂直起降可在45min内飞行约3048m的距离。此外，其还能够实时传输探测数据，并可在GIS地理信息系统上标绘放射性核素在近地表面的辐射剂量率，并具有视频侦察、爆炸物处理、定位与识别简易危险装置等功能。“T-Hawk”配设了一套燃料空气自动混合控制系统，稍加准备调试便可飞行使用。

图2　 “T-Hawk”微型无人机

1.3智能化核应急监测装备

由于核事故所造成的强辐射环境，应急人员有时无法直接进入现场。为了获取核应急状态的辐射场分布数据，需要采用智能化核应急监测装备实现核事故的处理和救援。国外研发了不少核环境下履行应急监测任务的机器人，并进行了相关演示验证，取得了显著的应用成果。

例如，美国iRobot公司开发研制了PackBot系列机器人，通过对电子设备（如控制器、通信设备及线路）的抗辐射改造和防护技术改造，满足强剂量环境防护工作要求。在2011年3月日本福岛核电站核事故发生之后不久，美国便向日本派遣了iRobot公司的PackBot。PackBot是一种轻型机器人，质量不超过30kg，其底座的体积基本与一个手提箱相当。这种机器人可以在核事故现场的废墟残骸中自由穿梭行动，并通过几百米长的光纤实时传回现场视频图像和环境数据，包括应急辐射水平、现场氧含量、温湿度以及化学危险物质含量等。

图3　“iRobot”核应急机器人

2.国内部队应急监测现状

核事故应急监测一直是部队核事故应急工作重要的组成部分。目前，军队相关单位结合自身核事故应急处置基本任务和能力要求，陆续配备了一些应急监测装备，初步具备了一般小型核事故的应急监测能力。但是，由于多个方面的原因，总体装备技术能力还相对较低，发展很不均衡，尚存在一些亟待解决的问题。首先，有些应急监测装备还属于上世纪六、七十年代配备定型的产品，技术水平和性能指标较低，大都为手动操作，仪器标定、取样、样品处理、现场测量和数据等工作，都需要由人工一步一步操作完成，使用程序繁琐，测量时间长，仪器精度较低。例如，核事故现场α气溶胶监测仪需要在取样几天后，才能够对样品进行测量分析，部队难以根据监测结果判断核事故等级和严重程度。不少装备服役时间长，设备老化、性能裂变，无法承担应急监测任务；有些设备型号陈旧，已经淘汰或停产，设备一旦出现故障，无法找到产品供应商进行修理或维护，对于开展应急行动带来了极大的负面影响。

此外，在核事故应急行动中，必须首先快速探明事故类型、影响范围和污染程度，从而为指挥决策提供重要依据。这就要求配备实时的应急辐射监测、高效的辐射信息采集和数据传输系统，一方面能够有性能优良的核辐射探测仪，可以准确获取现场信息（如γ剂量率、α和β表面污染、中子剂量率、α气溶胶空气浓度、空气中氚的浓度以及放射性核素种类等）；另一方面能够有高效的信息传输系统，将单兵携带的监测仪器或移动平台设备获取的事故现场信息实时传送到后方高层指挥控制中心［4］。然而，现阶段部队配备的应急辐射监测设备还不具备这种能力，现场信息传输主要依靠应急人员通过对讲机报告情况，严重地制约了核事故应急处置能力的提升。同时，在应急监测装备无人化、小型化、智能化等方面，有关技术能力与国外相比，差距较为明显，需要开展大量研究工作加以解决。

3.加强能力建设的几点建议

虽然，核事故发生的几率很小，但实际是很难杜绝，积极消除核事故隐患和做好事故应急准备，一直是国家和军队核应急工作的重要内容。针对目前部队核事故应急监测工作中存在的不足之处，重点提出以下几点改进建议。

1）结合国外现阶段高灵敏度、高分辨率核辐射监测装备研究技术成果，开展有针对性地开发改进工作。根据部队核事故发生的现实情况，结合放射性核素扩散泄漏的主要特点和规律，研制轻便化、性能稳定可靠的探测器，实现探测量程的大幅度拓宽，并逐步淘汰落后老化的仪器设备，使事故现场的操作程序明显简化、分析测量时间有效缩短，提高测量的精度和准确性。

2）开展核事故应急辐射监测集成化系统研究工作，将便携式应急辐射监测仪、应急辐射监测车、信息传输系统、数据中心等单元进行整合，使装备集成化和小型化，实现武器单元的互联互通。例如，可以为单兵增加改装的通信单元，选配内嵌式北斗和GPS等定位系统（天线内置）或为已有北斗终端预留通信接口，对单兵手持或背负设备增配网状通信网卡。应急人员通过随身携带的核辐射监测仪进行现场信息采集和处理，网通信单元对采集信息进行自动收集，并将信息发送给现场通信车辆，从而实现监测数据传输的实时有效［5］。

3）开展核事故应急监测信息数据通信系统的改造升级工作。高效的信息传输系统是完成应急任务的重要技术保障。由于部队核事故的特殊性和巨大的破坏力，事故现场既有的信息传输网络极有可能遭受到严重破坏。因此，需要建立安全、稳定、独立、可靠的信息传输系统。在执行应急监测行动时，涉及到部队军事密级的重要信息只能通过专用的渠道进行传输，从而保证了应急监测信息数据的安全。

4）开展核事故现场核应急辐射监测无人机、应急监测智能机器人等关键技术的研究工作。结合部队核事故的场景环境和危害特点，研制或配备相关智能化监测设备，使其能够第一时间代替应急人员进入复杂事故现场，对于人员和车辆无法抵达的区域实施核辐射监测和环境侦察。在减少辐射监测行动时间的同时，有效扩展监测的覆盖空间和距离范围，最大限度地保证应急人员的安全。

4.结论

本文采用技术情报跟踪调研的方法，重点了解国外先进的核应急监测技术发展动态，分析研究最新技术的发展情况。同时，结合目前部队核事故应急监测技术水平的现状和存在的不足，有针对性地提出改进与提高的技术思路与具体方法。在后续研究中，将结合急需开展的装备研制需求，深化方案论证与有关技术指标。

参考文献

［1］ 汲长松.核辐射探测器及其实验技术手册［M］.北京：原子能出版社，2010：320.

［2］ 肖无云，毛用泽，艾宪芸，等.手持式γ谱仪用核辐射探测器综述［J］.核电子学与探测技术，2008，28（5）：974-977.

［3］ 王炎森，史福庭.原子核物理［M］.北京：原子能出版社，2007.

［4］ 国际放射防护委员会，著.潘自强，陈竹舟，叶常青，等，译.在放射攻击事件中人员辐射照射的防护，国际放射防护委员会第96号出版物.北京：原子能出版社.2005：45-51.

［5］ CTIF，IAEA，PAHO，WHO.Manual for first responders to a radiological emergency，IAEA-EPR-FIRST RESPONDERS 2006. Vienna：IAEA，2006：1-75.

应急监测是核事故应急工作的主要任务之一，其目的是为事故危害程度提供信息，辅助决策人员按照操作干预水平决定采取有效的防护行动，从而控制放射性污染扩散。本文采用技术情报跟踪调研的方法，了解国外先进的核应急辐射监测技术更新动态和发展情况。同时，结合目前部队核事故应急辐射监测技术现状和不足，提出改进的技术思路与方法。开展本项研究对于快速开展核应急处置行动、提高部队核应急能力具有一定程度的指导意义。

作者单位：火箭军装备研究院六所