核电厂基于大数据的集体剂量预估方法浅析

谢卫平

（江苏核电有限公司，江苏 连云港 222000）

0 引言

集体剂量控制不仅反映核电厂运行、维修和安全管理水平，也是核电厂深入贯彻落实追求卓越，超越自我的内在需要。它作为核电厂WANO（World Association of Nuclear Operators）性能指标综合指数之一，是辐射防护最优化工作的重要体现[1]。在核电厂最终安全分析报告中，对每GW电力装机容量的核电厂人员集体剂量限值进行了规定，各核电厂上级主管部门及核电厂运营者都已将集体剂量作为了相应的考核指标，如中国核电将集体剂量作为下属核电厂的辐射防护领域绩效指标。

安全绩效指标定义的纬度要适当，如果纬度太少，可能无法清楚和全面表达指标涉及的各种信息，很容易使考核双方对指标的认识产生偏差和歧异[2]。核电厂集体剂量的指标设置时，应充分考虑大修的开展情况和检修项目等因素，设定的集体剂量指标要兼顾可操作性和可挑战性，目标值设置的过高或者过低，均毫无意义。

表1 某核电厂标准辐射工作许可分类Table 1 Classification of standard radiation work permit for a nuclear power plant

表2 某核电厂中子温度测量通道提升和回插辐射水平数据库Table 2 Radiation level database of neutron temperature measurement channels for a nuclear power plant

1 影响集体剂量预估的因素

从集体剂量的组成来看，集体剂量=剂量率（源项）×照射时间×受照人数。因此，核电厂工作的集体剂量可以从这3个方面入手。具体体现如下：

1）剂量率：综合考虑一回路主要核素总体积活度的变化，新采取的源项控制措施的效果，自动化（或者远距离）工具的使用和屏蔽的使用等因素。

2）照射时间：综合考虑人员的技能水平（主要关注新人比例），自动化（或者远距离）工具的使用和工作量的变化等。

3）受照人数：综合考虑自动化（或者远距离）工具的使用，检修步序和人员安排的优化，以及工作量的变化等。

2 集体剂量预估方法

2.1 建立标准辐射工作许可分类数据库

以维修大纲一一对应建立的标准工作包（简称标准工单）为基础，建立与标准工单相对应的辐射工作许可（简称标准辐射工作许可）数据库，是实现对检修工作集体剂量的精确控制和精准预估的基础。核电厂的自动个人剂量监测系统，可以实现辐射工作许可多层次和多角度的分类，并根据设备检修实施情况对数据库进行定期维护，见表1。

2.2 建立高辐射风险作业辐射水平数据库

在标准辐射工作许可的基础上，建立高辐射风险作业的辐射水平监测数据库，是辐射防护最优化措施实施效果评价的条件，也是实现对检修工作集体剂量动态管控的基础。对于重要检修专项，在检修的不同阶段，作业场所的辐射水平存在较大差异。因此，辐射水平数据库的建议，应基于检修步骤的辐射风险变化进行建立。

进行集体剂量精准预估时，在标准辐射工作许可剂量的基础上，通过标准工单对检修工作量进行对比，并结合检修步骤的辐射水平数据，以达到检修工作集体剂量的精准预估。同时，在实施新的辐射防护最优化措施时，对辐射水平数据库进行更新。以某核电厂中子温度测量通道提升和回插作业辐射水平数据库建立为例，中子温度测量通道提升和回插作业工作人员的作业位置分别在作业平台的第一层、第二层和第三层，各层作业人员的受照剂量差别较大，且与作业平台的剂量率密切相关。因此，在建立数据库时必须要包含各作业层的辐射水平，见表2。

在实际使用过程中，可以通过辐射水平数据的对比，分析辐射水平变化的原因并制定纠正措施。这是一个不断追求卓越和不断追求辐射防护最优化的良好实践。除此之外，还为辐射防护人员提供了最优化措施改进和提升的方向。例如，重点关注和采取措施，降低高辐射水平区域的剂量率。

2.3 预估方法

借助于标准辐射工作许可、高辐射风险作业辐射水平数据和标准工单等基础数据，对涉及一回路主设备和高辐射风险作业等检修和检查维护工作的剂量进行精确预估。

单项作业集体剂量的估算公式为：

式中，WD为某项作业的预估集体剂量；WDL为该项作业的标准辐射工作许可中，同一工作产生受照剂量的值；WDX为该项作业工作量增减导致的集体剂量变化估算值，工作量减少为负值，工作量增加为正值，值的大小根据工作量变化大小确定；若增加的工作从未实施过，则由辐射防护人员根据相关辐射监测数据和类似工作受照剂量进行估算；RL为辐射水平影响因子，指的是该项工作采取辐射防护最优化措施后，辐射水平的变化情况，通常用百分比表示。

检修专项、部门和核电厂的集体剂量预估目标值，根据涵盖的项目数量和单项工作的预估集体剂量进行确定。

2.4 预估要点

在进行集体剂量预估时，需要重点关注如下要点：

1）设备的检修剂量，应该按照工作类型、作业部门和关键检修作业步骤进行分开预估。

2）集体剂量按照常规检修步骤和变动检修步骤进行集体剂量预估。其中，常规检修步骤在标准工单和大数据的前提下进行预估集体剂量，变动检修步骤应结合作业场所剂量率和工作量进行预估集体剂量。

3）对于服务和配合、设备数量多并且作业范围广的作业，应提前梳理项目数量和分布区域的辐射水平，结合辐射水平数据和区域进行集体剂量预估。

4）对于集体剂量的预估，应充分应用计算机系统的大数据，对检修作业的工时、人数、剂量率、集体剂量和个人剂量等参数进行更新，并分析出辐射防护最优化（As Low As Reasonably Achievable，简称ALARA）实践执行的较好或较差，以及在未来如何能执行得更好[3]。

5） 实施的辐射防护最优化措施，应计算措施实施后减少单位集体剂量所付出的代价，即计算代价/效益比：△X/△S。其中，△X为实施最优化措施增加的防护代价；△S为相应的集体剂量的减少。

表3 某核电厂3号机组第二轮大修集体剂量情况Table 3 Collective dose of unit 3 in the second round overhaul of a nuclear power plant

图1 集体剂量预估和实际对比Fig.1 Comparison of collective dose estimation and actual dose

3 集体剂量预估实践

集体剂量预估，虽然是核电厂每一位辐射防护人员都必须要掌握的一项基本技能，但由于人员在技能和业务水平上存在差异，导致同一项作业由不同的辐射防护人员进行剂量预估时，往往造成预估值相差较大。因此，建立一套以标准工单和大数据为基础的集体剂量预估模式是十分有必要的。以某核电厂3号机组第二轮大修集体剂量预估情况进行介绍，见表3。

各专业集体剂量预估值和实际值对比，如图1所示。

从图1可以看出：维修和役检工作的剂量与预估剂量相差不大，偏差都在10%以内，但是在服务专项作业，由于预估时收集相关区域的辐射水平数据有限和计划外作业较多，导致实际产生的剂量高于预估剂量，后续需要对辐射水平数据库和标准辐射工作许可库进行完善和更新。

4 结论

本文介绍的集体剂量预估方法，可以实现对核电厂作业集体剂量的精准预估。总体上，该集体剂量预估方法设定的目标值符合安全绩效目标值设置的要求，尤其是建立的辐射工作许可数据库和辐射水平数据库等大数据平台，通过大数据趋势的分析，为辐射防护最优化措施实施的领域和方向提供了参考，同时也为实施辐射防护最优化中的利益/代价分析提供了依据，为同行核电厂及相关单位进行精准集体剂量预估提供了参考。