放射性物质个体自主安全智能

阳小华，曾铁军，万亚平，刘征海，毛 宇，胡 杰

（1. 南华大学 计算机学院，衡阳 421001；2. 南华大学 核科学技术学院，衡阳 421001；3. 中核集团高可信计算重点学科实验室，衡阳 421001；）

放射性物质或放射源是指任何含有放射性核素，且其活度浓度和总活度都超过规定值的物质。放射性物质具有放射性活度高、半衰期长，达到一定剂量将致使人患放射病，甚至死亡。因此，放射性物质的安全是关乎国计民生和社会稳定的重要大事。广泛意义的放射性物质安全包括安保（security）与安全（safety）。放射性物质的安全是指为了减小辐射照射对人产生损伤的可能性而采取的管理、技术措施。放射性物质的安保（security）［1］是指为了防止对放射物质的非法占有或非法行动，确保对放射性物质的有效控制而采取各种措施。本文中放射性物质的安全其含义就是安保。

人防、物防、技防是安全防范的3个主要手段［2］，分别对应核安保措施中的管理措施、物理措施和技术措施3类。

管理措施是用立法、标准、政策、程序来安全可靠地管理放射性物质或源，包括存量盘点和记录、现状和事件报告制度等。

物理措施提供了一种对放射源、装置或设施的实物屏障，用以隔离未经授权的人员的接近或防止无意或未经授权的接近和转移放射源。物理措施通常包括硬件和安保装置，如栅栏、围墙、罐、运输容器，门的锁和联锁，带锁的屏蔽容器，抗侵入的装源装置等。

技术措施是指利用现代信息技术的防护措施，如入侵探测系统、视频监控系统、出入口控制系统等，是人防和物防的延伸。本文讨论的安保措施主要是技术措施。

传统的放射性物质面临的安全威胁是放射性物质的丢失或被盗，主要来自地面上的人、车等。在现有放射性物质安保措施下，放射性物质丢失或被盗事故时有发生。2004 年，一家主要从事锅炉压力容器无损检测工作的股份制公司的内带1 枚192Ir 铱－192 放射源的储源器被盗，当时总活度为2.26 TBq［3］。2014 年，南京江北某工厂丢失放射性源192Ir［4］，被定性为重大事故。此外，随着无人机及小型潜航器技术的发展，安全威胁由地面向低空和水下拓展［5］，主要是：（1）低空空域各类飞行器（见图1）发展迅速，使用者容易利用其从空中来窃取轻量级的放射性物质，增大了空域的威胁；（2）近年来，以小型潜航器具、蛙人为代表的新型单人或无人潜航设备的发展，易被恐怖分子利用来窃取海路运输的放射性物质，形成水域威胁。

图1 无人机Fig.1 UAV

传统的放射性物质的安保措施主要是针对地面安全威胁来设计的，在新情况下容易出现安保漏洞。

以往放射性物质安保主要是防止没有获得授权的人接近放射源而导致当事人被照射，而全球恐怖主义势力的存在，使放射性物质安保还需防止对人或环境故意损害的核与辐射恐怖事件。据国际原子能机构（IAEA）统计，全球每年发生的盗窃、丢失或未经授权拥有核材料或其他放射性物质事件多达100余起［6］。恐怖分子通过盗窃、走私、非法交易获得放射性物质，并将其制成“脏弹”或是制造成核武器袭击核电站或核装置。例如，2010 年11 月，格鲁吉亚政府抓获了试图向伊斯兰极端主义组织贩卖浓度高达89.4%的浓缩铀的2 名走私分子。恐怖分子袭击并盗取放射性物质，成为必须面对的严重的安全风险，因此，对放射性物质的安保提出了更高的要求。

面对当前严重的放射性物质安全风险，探讨应用物联网和人工智能等新兴技术提高放射性物质的安保能力，使其能够主动应对丢失、盗取等外部威胁，全面提高放射性物质的安全性具有十分重大的意义。

1 放射性物质安保现状

我国核工业发展以来，政府十分重视放射性物质安全问题，多次指出核安全是国家安全组成部分，是核能发展的生命线。

放射性物质一般都有较严格的安保措施，主要包括入侵报警系统、视频监控系统、出入口控制系统等多个子系统［7～11］。

入侵报警系统的作用是通过各种探测器识别出敌对势力的入侵并延迟或阻止入侵的行为。这些入侵探测器主要有：红外微波探测器、静电场探测器、光纤振动探测器、收发分置合置微波探测器、张力铁丝探测器、埋地电缆探测器、脉冲电子围栏、麦克风电缆振动探测器等。通过这些探测器探知入侵者是否存在非法行为，并准确定位入侵地点，为安保控制中心的值班人员提供信息。用于延迟或阻止入侵行为的技术措施有栅栏、围墙、罐、运输容器、门的锁和联锁、带锁的屏蔽容器、抗侵入的放射性物质容器等。

视频监控系统（见图2）进行快速准确的定位报警，包括防区各出入口视频监控、重要区域视频监控。利用视频监控拍摄的图像，进行图像识别或者值班人员识别并确认出是否有非法入侵行为，实现有效探测，从而保护放射性物质的安全。

图2 视频监控系统Fig.2 Video monitoring system

出入口控制系统（见图3）用于对进出放射性物质保护区域的人员和载有放射性物质的车辆进行统一授权管理，通过相关设备自动识别个人生物特征、出入卡或密码，继而控制出入口的通行。

近年来，放射性物质安防管理系统开始加入物联网技术［12，13］，例如，采用RFID（无线射频识别）、传感器网络、无线数据传输等信息技术。浙江大学针对放射源的异常泄漏、意外丢失和被盗等问题，研制了基于RFID/GPRS（通用分组无线服务技术）的放射源监控系统［14］。其实时位置功能由GPS 无线定位模块实现，放射源底部电子标签状态信息由RFID 阅读器读取。位置与标签状态信息通过GPRS无线传输方式发送到远程监控中心。南华大学利用RFID 技术、计算机数据库管理技术来探索和建立一套先进的放射源安全和防护电子标签管理和追踪识别方案［15］。

图3 出入口控制系统Fig.3 Entrance access control system

综上所述，现有放射性物质的安全完全依靠外部系统，犹如无任何安全意识的小婴儿，既不能感知面临的危险，也不具备基本应对能力。当外在安全系统由于各种原因而失效时，则放射性物质的安全无法得到保证。另外，当新的安全威胁出现时，例如，来自低空和水域的安全威胁，外在安全系统不得不被动升级，从而带来成本和实效性的巨大压力。为了解决上述问题，本文提出放射性物质个体自主安全智能的概念，赋予放射性物质感知面临的危险的能力和基本应对能力。

2 放射性物质个体自主安全智能

定义1：由于放射性物质在运输、使用、储存等阶段都处于特定的包装容器之中，放射性物质的安全就是其包装容器安全。因此，如果容器具有感知和应对未经授权的接近和获取放射性物质等危险的基本能力，则称放射性物质具备了个体自主安全智能（以下简称安全智能）。

以放射性废物为例，其从产生到处置，一般需要经过处理、运输、储存几个阶段，处理主要是对废物进行焚烧、压缩、去污、固化或固定等。而在运输、储存阶段，放射性废物都处于密闭的放射性废物桶之中（见图4），因此，放射性废物的安全就是废物桶的安全。如果在放射性废物桶上加装智能电子设备，使其能够探测外来人员的非法接近并通过声光报警，则放射性废物就具备一定的安全智能。

图4 废物容器（桶）Fig.4 Waste containers

不同于入侵报警系统、视频监控系统、出入口控制系统等外在安全系统，安全智能是放射性物质的内在安全系统，具有独立的自我安保能力。

如果把放射性物质的安全性理解为其拥有的整体安保能力，那么安全智能与外在安全系统的组合可以为放射性物质提供内在和外在2个方面的安全保障，从而极大地提高放射性物质的安全性。

为了方便讨论，把安全系统的安保能力简化为系统可用度A（A=系统平均无故障时间除以系统平均无故障时间和故障平均维修时间之和），系统不可用度为A¯=1-A。由于安全智能与外在安全系统是完全独立的，因此，二者可以认为是并联系统。只有在外部安全系统和自身安保能力同时失效时才能丧失安保能力，所以，总的不可用度应为二者乘积，即总不可用度。二者并联后总的系统可用度

例如，某安全监控系统［16］主要由电源、前端设备（如传感器、摄像头等器件）、数据交换设备（组网用）及服务器等部分组成。当电源、前端设备、数据交换设备及服务器4部分的故 障 率 分 别 为：0.01383 次/a、0.7076 次/a、0.0902 次/a、0.0440 次/a 时，系统总故障率为0.8556 次/a，计算获得系统可用度Aw可达99.77%，不可用度为2.3478×10-3，数量级在10-3。

放射性物质安全智能的实现可以采用外在安全监控的相关技术，其系统不可用度可达到外在安全系统的同一数量级10-3。因此，安全智能与外在安全系统组合后，总不可用度=，数量级在10-6，放射性物质的安全性将达到0.999999。

3 具有个体自主安全智能的放射性物质安保级别划分

国际原子能机构的报告《放射源安保》（IAEA-TECDOC-1355）［17］依 据《放 射 源 分类》［18］对各种类型的放射源进行风险评价，按照其风险水平把所要采取的安保措施分为4 个级别。放射源分类见表1。

安保级别可以用安保措施的执行目标来表述。由于采用的措施很广泛，可用阻碍、探测和延迟未经授权的接近或者获取放射源的能力来描述它们。

4个安保级别的安保措施的执行目标见表2。

分析表2所列安保措施的执行目标，可以得到如下结论：

D级安保只需要采取存量盘点和记录、现状和事件报告制度等管理措施；

表1 放射性物质分类及对应的安保级别Table 1 Radioactive substance classification and the corresponding security levels

表2 安保级别的执行目标Table 2 Execution targets at different security levels

C 级安保在D 级基础上，增加了对“阻止”能力的要求，可通过提供实物屏障的物理措施；

B级安保在C级基础上，主要是增加了对及时“探测”能力的要求，可以采用入侵报警系统、视频监控系统等技术措施；

A 级安保在B 级基础上，增加了“能够延迟”和“作出反应”两个条件，即“能够延迟未经授权的人获取放射源的时间，直到对此作出反应”，因而需要更强的技术措施来阻止未经授权的人获取放射性物质。

在《放射源安保》报告中，有一个隐含的假设：安保措施的保护对象都是没有任何安全智能的物质，是纯粹的客体，其安全只能由外在的安全系统来保障。而对于具有自主安全智能的放射性物质而言，其安全性是由外在系统的安保能力和内在安保能力的组合来实现的。

借鉴《放射源安保》对安保措施的执行目标的分类，放射性物质的自主安全智能可分为如下两个安全等级：

Ⅰ级个体安全智能：能够及时探测到未经授权的人接近和获取放射源的行为并报警，提示相关的人或系统作出反应。

Ⅱ级个体安全智能：Ⅰ级个体安全智能加上“能够延迟未经授权的人获取放射源，直到可能对此作出反应”。

为了表述一致，把没有任何安全智能的放射性物质称为具有零级安全智能。

以小孩类比，零级安全智能的小孩就是一个没有任何自主安全意识的婴儿，其安全性只能靠父母或其他人来保障；Ⅰ级安全智能的小孩已经具有基本安全意识和能力，当遇到安全威胁时，能够通过哭闹或者语言来寻求大人的保护；Ⅱ级个体安全智能的小孩还可以在哭闹的同时，以各种反抗行为来主动抵御安全威胁。

放射性物质的自主安全智能和外在安全系统组合，可以得到更高的安保等级，见表3。

表3 具有安全智能的放射性物质安保级别Table 3 Security levels of radioactive substances with individual self-security intelligence

因为放射性物质自主安全智能和外部安全系统都是以提高放射性物质的安保能力为目标，各自不同的安全等级划分的原则都是以各自安保能力的执行目标为依据。某一特定的安全风险等级，既可以有外部安全系统的安保等级单独与之对应，也可以有放射性物质自主安全智能等级单独与之对应。当放射性物质同时具备外部安全系统和自主安全智能时，则可以由相对较低的安全等级组合来对应。例如，C级外部安保加上Ⅱ级个体自主安全智能可以相当于B级安保，若加上Ⅰ级个体安全智能则可以等同于A级安保。这样，在进行放射性物质安保能力设计时，就可以有多个安保等级可供选择；同时，相比之前仅有外部安全系统，IIA、IA可以比原有的A级安保提供更高的安保水平。

4 结语

本文介绍了放射性物质面临的各种安全风险，分析了传统安保技术存在的不足，提出了放射性物质个体自主安全智能的概念，建立了外在安全系统能力与内在安全智能相结合的放射性物质安保能力级别新体系。

下一步拟从3个方面开展工作：（1）针对放射性物质使用、监管单位的实际需求，研究个体自主安全智能的实现技术，研发样机和产品；（2）把个体自主安全智能的概念扩展为群体自主安全智能，研究放射性物质如何通过相互协作来提高群体安全性；（3）研究如何针对具有内在安全智能的放射性物质来设计新型的外在安全系统，实现内外安保能力的有机融合，从整体上提高放射性物质的安全性。