核电厂集成式污染监测和剂量管理系统开发与应用

2022-01-17杨策明张砾支国核示范电站有限责任公司山东荣成264312

辐射防护通讯 2021年2期

杨策明，张砾支(国核示范电站有限责任公司，山东荣成，264312)

李林珊(中国兵器装备集团自动化研究所有限公司，四川绵阳，621000)

个人辐射剂量和放射性污染事件的管理是核电厂辐射防护工作的重点。国内一些商运核电厂已经在污染监测和剂量管理系统的开发方面做过一些工作，例如中广核集团的剂量联网系统(PDUS)将辐射工作许可证任务信息与控制区进出控制系统中的人员信息进行了一定程度的关联，并实现了多基地辐射工作人员授权和个人剂量信息的统一管理[1]。

个人剂量监测和放射性污染监测主要依靠热释光剂量计(TLD)、电子剂量计(EPD)、人员放射性污染监测仪(C1门、C2门)、全身计数器等设备，但是上述设备的数据接口往往不向用户开放，相关系统和设备之间的数据无法联通。因此，核电厂普遍面临以下几个问题：①各类设备普遍处于离线工作模式，无法对设备运行状态和运行数据进行集中管理；②大量的个人剂量和表面污染监测数据没有得到有效的保存、利用和分析；③在控制区通行证办理、个人剂量档案录入与管理、个人剂量数据统计等工作上花费较多的人力，工作效率低。因此，急需开发基于我国核电厂辐射防护管理要求的集成式污染监测和剂量管理系统(简称DMS)[2]。本文对这一系统的开发和实际应用情况进行简要介绍。

1 DMS系统组成和基本功能

DMS系统的总体组成框图详见图1。DMS系统主要由内照射测量和管理系统、外照射测量和管理系统(包括电子式剂量管理子系统和热释光剂量管理子系统)、表面污染监测和管理系统以及全厂个人剂量管理系统等子系统组成。

图1 DMS系统组成框图

DMS各个子系统内部首先完成局域子网组网，然后通过安全网关将各子网连接完成DMS整个系统组网。在该网络架构中，全厂个人剂量管理系统通过网络通信协议与DMS系统的其他子系统、核电厂生产管理信息系统进行数据交互，从而对全厂辐射工作人员个人剂量水平、表面污染监测数据和DMS系统设备运行情况进行统一管理和分析处理。

DMS系统的主要设备均提供不间断电源(UPS)，保证设备在失去正常电源后的2小时内能正常工作，从而保障核电站辐射防护工作的应急运行。

1.1 内照射测量和管理系统

内照射测量和管理系统主要由全身计数器(WBC)、全身计数器管理计算机及应用软件、网络交换机等组成，用于对工作人员体内放射性核素所发射的γ射线进行直接测量，并对测量数据进行处理、储存及报表生成，评价和估算内照射剂量。

全身计数测量任务由经过初审通过的辐射控制区通行证申请流程自动推送，或由管理系统按照预设的内照射监测周期自动推送。内照射测量和管理系统将测量任务数据通过网络定期发送到全厂个人剂量管理系统，生成工作人员个人剂量档案中的内照射数据。

1.2 外照射测量和管理系统

外照射测量和管理系统包括电子式剂量管理子系统和热释光剂量管理子系统。

1.2.1电子式剂量管理子系统

电子式剂量管理子系统为进出各控制区的工作人员提供电子个人剂量计(EPD)，对工作人员的个人剂量进行实时的监测和报警，并在全厂范围内进行个人剂量的管理，主要包括EPD、读出装置、管理计算机及应用软件、旋转门等。

人员进入辐射控制区时在读出装置上输入身份和任务信息，读出装置从全厂个人剂量管理系统获取并验证信息，验证通过后将任务信息中用于实施监测的相关限值数据写入EPD并控制旋转门开启。人员退出辐射控制区时在读出装置上注销EPD，剂量数据送往本地的个人剂量管理计算机和全厂个人剂量管理系统。出口的读出装置与全身表面污染监测仪(C2门)联锁，用于控制C2门的开启。每个辐射控制区出入口的管理计算机在与全厂个人剂量管理系统的通信中断期间，能继续保持其个人剂量的测量和管理功能，在恢复通信后，将历史数据通过补充传输的方式传送到全厂个人剂量管理系统中[3]。

1.2.2热释光剂量管理子系统

热释光剂量管理子系统用于为放射工作人员配发热释光剂量计(TLD)，按照监测周期对TLD进行测量，并对测量数据进行处理、储存及报表生成，评价和估算外照射剂量，主要包括TLD及其配发设备、测读装置、管理计算机及应用软件等。

为节约资源，减少不必要的TLD测读/退火工作，核电厂可采用TLD动态配发策略[4]。即在每个监测周期内工作人员首次进入辐射控制区时，由配发设备自动分配TLD并在本监测周期内与该人员绑定，单个监测周期内未进入辐射控制区的人员不占用固定TLD。采用该策略需要配置具备动态配发功能的设备，从全厂个人剂量管理系统获取人员资质信息，并定期将分配和使用情况传输至热释光剂量管理子系统用于测量数据的管理。

热释光剂量管理子系统将生成的数据定期送往全厂个人剂量管理系统，用于生成工作人员个人剂量档案中的外照射部分，并自动与电子式个人剂量管理子系统提供的外照射数据进行比对，比对结果偏差较大(具体标准由核电厂结合管理要求自行制定)时触发异常调查任务，提醒管理人员调查处理。

1.3 表面污染监测和管理系统

表面污染监测和管理系统包括各种放射性表面污染监测设备，对离开辐射控制区的工作人员衣物、体表、所携带的小件物品和安全帽等进行表面污染测量，以避免污染扩散。主要包括设备集中管理计算机、手脚污染监测仪、小物品污染监测仪、安全帽污染监测仪、门框式污染监测仪(C1门)、全身表面污染监测仪(C2门)等。表面污染监测和管理系统将自身设备状态和污染监测报警信息送往全厂个人剂量管理系统，以便对全厂污染监测设备的状态进行统一监控，并对报警数据进行管理和长期趋势分析。

1.4 全厂个人剂量管理系统

全厂个人剂量管理系统是DMS系统的数据管理中枢，主要由服务器A/B、工作站、网络交换机、安全网关和全厂个人剂量管理系统软件构成。全厂个人剂量管理系统与DMS其它子系统之间通过网络进行通信，获取各子系统测量数据进行集中管理，同时在线监管DMS各子系统主要设备的运行情况。

全厂个人剂量管理系统服务器为冗余设置：主服务器A工作时，备用服务器B定期更新数据库；主服务器A发生故障时，备用服务器B自动接管系统管理功能；主服务器A故障恢复后，自动从备用服务器B读取在故障期间丢失的数据，从而保障全厂剂量数据安全。

2 DMS系统内外部数据接口

DMS系统旨在实现各剂量测量和表面污染监测系统联网基础上的数据管理与应用，因此DMS系统内、外部数据接口设计尤为重要，如图2所示。

图2 DMS系统数据接口

2.1 外部数据接口

DMS系统的外部数据接口指DMS系统与核电厂SAP生产管理信息系统之间的数据接口，详细内容见表1所列。该接口主要用于获取核电厂工作人员基础信息和辐射工作任务信息，这些信息通常来源于生产管理信息系统的辐射工作许可证(RWP)模块和控制区通行证(RP证)办理模块。

表1 生产管理信息系统与DMS全厂个人剂量管理系统数据接口

RWP是核电厂辐射工作控制的主要工具，通过RWP的申请、审批、执行和关闭，实现辐射风险分析、剂量预估、防护措施制定、防护用品准备和过程控制等管理功能。RWP准备和审批过程中需要从全厂个人剂量管理系统获取并审查工作任务执行人员的资格和历史剂量信息，RWP审批生效后将必要的任务信息发送到全厂个人剂量管理系统用于后续管理。

RP模块从核电厂人力资源(HR)数据库中获取工作人员基础信息，从培训授权(TR)模块中获取基本安全授权培训有效期，从职业健康信息(OH)模块中获取工作适任性评价有效期，由责任方发起人员资格许可申请流程，经审批后将合格人员数据信息送至全厂个人剂量管理系统。

2.2 内部数据接口

DMS系统的内部数据接口是指全厂个人剂量管理系统与其它各子系统之间的数据接口，详细内容见表2所列。

表2 DMS系统内部数据接口

3 DMS系统应用效果分析

DMS打通了系统内外数据接口，实现对全厂个人剂量和表面污染监测数据的有效管理、数据融合和深化应用，主要体现在智能化个人剂量调查(预警)与干预、辐射防护最优化(ALARA)执行反馈、集体剂量统计与趋势分析、辐射数据联合分析和处置决策、个人剂量档案的生成与管理等方面。

3.1 智能化个人剂量调查(预警)与干预

核电厂通常会制定比个人剂量国标限值更为严格的剂量约束值和管理目标值，并设置调查(预警)水平和行政干预水平，用来开展对放射工作人员职业照射情况的过程控制。

DMS系统应用后，实现了个人剂量调查(预警)与干预过程的智能管控。电子式剂量管理子系统将个人剂量数据实时传送到全厂个人剂量管理系统，后者将上述剂量数据统计结果与预先设定的调查(预警)水平值、行政干预水平值进行比较，达到设定值时系统自动触发相应动作，系统对触发的任务进行智能跟踪和闭环管理，相关调查和行政审批表单长期保存，并自动计入个人剂量档案。智能化的个人剂量调查(预警)与干预，有效减轻了辐射防护人员管控负担，提升了对工作人员的职业健康安全保护水平。

DMS系统对个人剂量调查(预警)与干预管理功能详见表3。

表3 DMS个人剂量调查(预警)与行政干预水平功能表

3.2 辐射防护最优化(ALARA)执行反馈

核电厂在辐射工作准备和审批过程中，基于风险类型和大小对工作进行了ALARA分级，并根据工作时间、区域辐射水平和历史任务信息设定了工作集体剂量和工作最大个人剂量预估值，可通过与该工作实际剂量情况对比来优化工作任务设置。

DMS系统不仅拥有全厂个人剂量和表面污染监测数据，同时还能与核电厂生产管理信息系统之间交互RWP和RP数据，因此在工作ALARA分级限定和实际任务剂量追踪上有天然优势。在某一工作执行过程中，DMS系统一般不会对ALARA剂量控制值进行管控，而是通过设定EPD单次进入允许最大剂量(报警)值、环境最大剂量率(报警)值，并在系统中设定调查(预警)、干预水平，以确保剂量限值满足控制要求。但在该工作完工后，DMS系统会将该项工作(以RWP许可证号进行统计)实际的集体剂量、个人累积剂量与相应的预估值进行比较，当偏差较大时应当触发最优化分析任务，分析工作准备过程中预估偏差的来源或工作执行过程中待改进的问题，从而对该工作任务的设置和分配进行优化。

辐射防护最优化(ALARA)执行反馈的管理方式详见表4。

表4 辐射防护最优化(ALARA)执行反馈功能表

3.3 集体剂量统计与趋势分析

核电厂需对全厂范围内的集体剂量和人工时进行详细的分类统计，并进行阶段性(例如大修期间)和长期趋势分析，统计内容包括：

•大修机组日剂量、人工时统计柱状图和趋势线；

•大修期间按工作分类的集体剂量、人工时统计柱状图和饼状图；

•大修期间按剂量区间分布的人数、集体剂量占比统计柱状图；

•按部门和单位(承包商)分类的集体剂量、人工时统计柱状图和饼状图；

•历史大修轮次总集体剂量、总人工时统计柱状图和趋势线。

在目前核电站辐射防护管理实践中，上述数据统计分析工作依赖人工方式进行筛选、组合及图表的绘制。DMS系统应用后，能够根据实际管理需要，基于多字段筛选组合自动生成统计报表和趋势分析图。若核电厂进一步配置有辐射防护指标展示相关的数据管理系统，则上述统计图表可以周期自动生成并推送至指标展示界面，为高级管理人员提供更为即时高效的监控和管理手段。

3.4 辐射数据联合分析和处置决策

DMS系统涉及的辐射报警信息主要包括两大类，一是人员剂量报警(包括EPD单次累积剂量和剂量率超限值报警、人员周期剂量限值报警等)，二是人员体表、衣物、物品等表面污染监测设备测量结果超限值报警。

上述两大类辐射报警信息和测量数据是对辐射防护目标的不同维度的数据反映，但是在目前核电站辐射防护管理体系中，这两类报警数据分属不同信息系统，需要分别进行行为分析和报警处置。EPD发生报警时工作人员首先通知辐射防护人员进行响应，经核实可以继续工作的应注销并重新启用EPD。报警数据上传至系统并触发调查任务，由辐射防护人员填写报警响应情况，并对报警的性质(例如设备故障、人员违章、安全事件等)进行归类。表面污染监测设备报警时工作人员首先通知辐射防护人员进行响应，对于C1门、C2门和小物品监测仪的报警，系统自动触发调查任务，同时附带报警前后的视频监控画面。辐射防护人员填写报警响应情况，并对报警的性质和严重程度进行归类。安全帽污染监测仪和手脚污染监测仪一般不触发调查任务，仅上传报警信息。

DMS系统应用后，实现了对这两类报警信息的实时采集和集中管理，并开展联合分析和统一处置，辐射报警信息管理功能详见表5。DMS系统能够针对特定报警事件/时间/人员进行统计分析，生成报警信息、测试数据、处置记录等联合数据报告。通过上述不同维度报警数据映照分析，能够进一步为辐射防护人员快速判定报警性质和执行处置提供决策建议。同时，DMS系统能够对所有报警信息和调查处理记录进行储存、统计和长期趋势分析，按照报警类型、数量、严重程度和响应时效性等要素定期生成行为绩效管理报告，供核电厂高级管理人员进行辐射防护绩效目标评估，并寻找改进机会。

表5 辐射报警信息管理功能表

3.5 个人剂量档案电子化与数据共享

按照国家职业性内、外照射个人监测规范的要求，TLD和WBC的测读数据经必要的修正和评价后作为职业照射监测结果计入个人剂量档案，档案数据可参考表6。

表6 个人剂量档案生成与管理功能表

目前核电厂个人剂量档案多采用人工方式跟踪记录存档。人员的TLD/WBC测读数据仅在TLD/WBC管理计算机本地保存，相应数据处理和评价主要在TLD管理计算机和WBC管理计算机中使用专门软件完成[5]，只将最终评价的结果数据采用纸质文件或者离线数据(如EXCEL文件)方式送往管理部门，并采用人工方式录入和统计形成个人剂量档案。同时，工作人员在本核电厂以外从事放射性工作期间形成的监测数据、新入职人员的历史剂量数据则通过剂量申报的方式人工补录入个人剂量档案。这种方式存在着很多缺陷：个人剂量数据源分散且不易查询追溯、评价数据更新不及时、可能发生漏报或者重复申报等，增加了辐射防护管理成本和难度。

DMS系统应用后，全厂个人剂量管理系统能够从热释光剂量管理子系统、内照射测量和管理系统中实时获取人员的内、外照射数据和评价结果，免除人工记录存档的繁琐错漏，同时便于个人剂量数据的查询追溯和统计分析；同时DMS系统个人剂量档案也可以与核电厂生产管理信息系统、甚至同集团其它核电厂DMS系统等外部系统进行数据共享，可以减少跨厂区工作人员剂量申报次数，同时避免重复报送造成的数据筛除等诸多问题。

综上所述，DMS系统的应用推动了辐射防护管理工作的信息化和智能化，提升了辐射防护人员的工作效率，加快了辐射污染事件响应速度，降低了污染扩散的风险，最终有助于提高核电厂整体运作效率和安全水平。