袁 偉　左 莉　陳顯波　李 霄　 李 藐　羅中興

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部隊核事故應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

袁 偉左 莉陳顯波李 霄 李 藐羅中興

摘 要

關(guān)鍵詞：核事故 應(yīng)急 輻射監(jiān)測

核事故應(yīng)急監(jiān)測，主要是指核事故發(fā)生后發(fā)現(xiàn)和測量核輻射，包括放射性種類、能量分布、輻射水平、污染范圍以及人員劑量等方面的探測。應(yīng)急監(jiān)測過程中要提供報警功能，在放射性水平或輻射劑量超過閾值時，以聲音、光感、震動等不同形式給予應(yīng)急行動人員以警示信號。一般來講，應(yīng)急監(jiān)測的目的是為了盡可能及時和詳細地提供有關(guān)事故對環(huán)境和公眾可能帶來的輻射影響方面的測量數(shù)據(jù)，以便為核事故分級、劑量評價、后果評估以及防護行動決策提供技術(shù)依據(jù)。同時，為判斷核設(shè)施、核部件和核材料損壞程度和尋找回收提供線索。由于時間的緊迫性和對監(jiān)測人員照射危害的不同，不同事故階段的應(yīng)急監(jiān)測目的和任務(wù)也不盡相同。

對于部隊來說，由于裝備一定數(shù)量的涉核武器，一旦發(fā)生重大事故，有可能引發(fā)核材料（包括鈾和钚的同位素，氚）部件的破損泄漏，甚至導(dǎo)致化學(xué)炸藥爆炸產(chǎn)生大面積放射性氣溶膠顆粒，造成極其嚴重的外環(huán)境放射性污染，并對周邊人員造成不同程度的放射性照射危害。在事故早期，應(yīng)急監(jiān)測主要任務(wù)是盡可能多地獲取空中放射性氣體、氣溶膠的濃度，以及核素的種類；在事故中后期，重點在早期監(jiān)測的基礎(chǔ)上開始對地面、水源進行更加詳細的監(jiān)測，對于環(huán)境中的放射性污染水平加以量化確定，以便為恢復(fù)行動決策及潛在的長期照射預(yù)測提供依據(jù)。由于應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)的艱巨性和復(fù)雜性，這對應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)裝備的性能提出了很高的要求［1］。本文結(jié)合目前部隊核事故應(yīng)急輻射監(jiān)測技術(shù)水平的現(xiàn)狀和存在的不足，有針對性地提出改進與提高的技術(shù)思路與具體方法，對于快速有效開展核應(yīng)急處置行動、提高部隊核應(yīng)急能力具有一定程度的指導(dǎo)意義。

1.國外相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況

歐美等發(fā)達國家的核應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)一直在軍事、社會需求的牽引下，在科學(xué)技術(shù)進步的推動下不斷地發(fā)展。近年來，出現(xiàn)了一系列呈現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等特征的新型核應(yīng)急輻射監(jiān)測裝備。

1.1便攜式核應(yīng)急監(jiān)測裝備

美國等國家研制出一系列滿足在重度、中度等不同污染條件下操作使用的便攜式核應(yīng)急監(jiān)測裝備。其主要特點是將多種小型數(shù)字傳感器結(jié)合在一起，具備量程拓寬、準(zhǔn)確度提高、輕便化、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。同時，探測輸出信號比傳統(tǒng)半導(dǎo)體探測器高出多個數(shù)量級，既滿足了核事故現(xiàn)場劑量與劑量率的測量，又可以快速判斷核輻射射線的類型和核素種類，實現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境條件下的定量分析。

例如，以往市面上大部分核應(yīng)急監(jiān)測儀器都是蓋革計數(shù)器為主要探測器的設(shè)備。蓋革計數(shù)器一種專門探測電離輻射（α粒子、β粒子、γ射線）強度的記數(shù)儀器，其造價低廉、使用方便、探測范圍廣泛。但是這種儀器只能反應(yīng)輻射強度，不能顯示輻射為何種類型［2］?；诖耍砝諏萘⒋髮W(xué)的研究人員研制出高性能的MiniSpec便攜式核輻射監(jiān)測儀。這種設(shè)備不僅能顯示核輻射強度，還能確定種類以及具體危害程度。MiniSpec實際上是一款小型的伽馬射線能譜儀，其探測器包含一種新型的“閃爍檢測器”數(shù)碼電子設(shè)備，里面包含了閃爍體感應(yīng)器，閃爍體是一類吸收高能粒子或射線后能夠發(fā)光的材料，在輻射探測領(lǐng)域發(fā)揮著十分重要的作用。MiniSpec使用這種探測器同時使得儀器擁有小巧、耐用、輕量、高效，并能在復(fù)雜環(huán)境中操作的特性。此外， MiniSpec還能夠支持以無線方式傳輸數(shù)據(jù)，允許操作人員在其他地點監(jiān)測輻射數(shù)據(jù)，便于平時操作和戰(zhàn)場使用。

圖1　MiniSpec核輻射監(jiān)測儀模板

1.2移動式核應(yīng)急監(jiān)測裝備

核事故移動式核應(yīng)急監(jiān)測裝備主要指將核輻射探測設(shè)備安裝放置在可移動（車輛、無人機等）搭載平臺上，能夠完成突發(fā)核事故的實時監(jiān)測。特別是機載核應(yīng)急監(jiān)測裝備，具備對核事故現(xiàn)場信息的遠程監(jiān)測和分析能力，可在第一時間代替人員進入事故核心區(qū)域，快速獲取現(xiàn)場輻射劑量分布、劃定污染范圍、輔助搜尋可能散落的核部件核材料碎片。應(yīng)用該裝備能夠有效降低核應(yīng)急人員的損傷風(fēng)險，提高核事故現(xiàn)場抵達能力［3］。

在2011年日本福島核事故處置過程中，日本政府就使用了美國微型無人機“T-Hawk”，用以替代人員監(jiān)測和分析核電站核燃料附近的輻射劑量水平。該無人機直徑約35cm，質(zhì)量為7.48kg，能夠以較高速度、固定高度、設(shè)定航線在大范圍內(nèi)進行長時間巡航測量和懸停測量，垂直起降可在45min內(nèi)飛行約3048m的距離。此外，其還能夠?qū)崟r傳輸探測數(shù)據(jù)，并可在GIS地理信息系統(tǒng)上標(biāo)繪放射性核素在近地表面的輻射劑量率，并具有視頻偵察、爆炸物處理、定位與識別簡易危險裝置等功能?！癟-Hawk”配設(shè)了一套燃料空氣自動混合控制系統(tǒng)，稍加準(zhǔn)備調(diào)試便可飛行使用。

圖2　 “T-Hawk”微型無人機

1.3智能化核應(yīng)急監(jiān)測裝備

由于核事故所造成的強輻射環(huán)境，應(yīng)急人員有時無法直接進入現(xiàn)場。為了獲取核應(yīng)急狀態(tài)的輻射場分布數(shù)據(jù)，需要采用智能化核應(yīng)急監(jiān)測裝備實現(xiàn)核事故的處理和救援。國外研發(fā)了不少核環(huán)境下履行應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)的機器人，并進行了相關(guān)演示驗證，取得了顯著的應(yīng)用成果。

例如，美國iRobot公司開發(fā)研制了PackBot系列機器人，通過對電子設(shè)備（如控制器、通信設(shè)備及線路）的抗輻射改造和防護技術(shù)改造，滿足強劑量環(huán)境防護工作要求。在2011年3月日本福島核電站核事故發(fā)生之后不久，美國便向日本派遣了iRobot公司的PackBot。PackBot是一種輕型機器人，質(zhì)量不超過30kg，其底座的體積基本與一個手提箱相當(dāng)。這種機器人可以在核事故現(xiàn)場的廢墟殘骸中自由穿梭行動，并通過幾百米長的光纖實時傳回現(xiàn)場視頻圖像和環(huán)境數(shù)據(jù)，包括應(yīng)急輻射水平、現(xiàn)場氧含量、溫濕度以及化學(xué)危險物質(zhì)含量等。

圖3　“iRobot”核應(yīng)急機器人

2.國內(nèi)部隊?wèi)?yīng)急監(jiān)測現(xiàn)狀

核事故應(yīng)急監(jiān)測一直是部隊核事故應(yīng)急工作重要的組成部分。目前，軍隊相關(guān)單位結(jié)合自身核事故應(yīng)急處置基本任務(wù)和能力要求，陸續(xù)配備了一些應(yīng)急監(jiān)測裝備，初步具備了一般小型核事故的應(yīng)急監(jiān)測能力。但是，由于多個方面的原因，總體裝備技術(shù)能力還相對較低，發(fā)展很不均衡，尚存在一些亟待解決的問題。首先，有些應(yīng)急監(jiān)測裝備還屬于上世紀六、七十年代配備定型的產(chǎn)品，技術(shù)水平和性能指標(biāo)較低，大都為手動操作，儀器標(biāo)定、取樣、樣品處理、現(xiàn)場測量和數(shù)據(jù)等工作，都需要由人工一步一步操作完成，使用程序繁瑣，測量時間長，儀器精度較低。例如，核事故現(xiàn)場α氣溶膠監(jiān)測儀需要在取樣幾天后，才能夠?qū)悠愤M行測量分析，部隊難以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果判斷核事故等級和嚴重程度。不少裝備服役時間長，設(shè)備老化、性能裂變，無法承擔(dān)應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)；有些設(shè)備型號陳舊，已經(jīng)淘汰或停產(chǎn)，設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，無法找到產(chǎn)品供應(yīng)商進行修理或維護，對于開展應(yīng)急行動帶來了極大的負面影響。

此外，在核事故應(yīng)急行動中，必須首先快速探明事故類型、影響范圍和污染程度，從而為指揮決策提供重要依據(jù)。這就要求配備實時的應(yīng)急輻射監(jiān)測、高效的輻射信息采集和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，一方面能夠有性能優(yōu)良的核輻射探測儀，可以準(zhǔn)確獲取現(xiàn)場信息（如γ劑量率、α和β表面污染、中子劑量率、α氣溶膠空氣濃度、空氣中氚的濃度以及放射性核素種類等）；另一方面能夠有高效的信息傳輸系統(tǒng)，將單兵攜帶的監(jiān)測儀器或移動平臺設(shè)備獲取的事故現(xiàn)場信息實時傳送到后方高層指揮控制中心［4］。然而，現(xiàn)階段部隊配備的應(yīng)急輻射監(jiān)測設(shè)備還不具備這種能力，現(xiàn)場信息傳輸主要依靠應(yīng)急人員通過對講機報告情況，嚴重地制約了核事故應(yīng)急處置能力的提升。同時，在應(yīng)急監(jiān)測裝備無人化、小型化、智能化等方面，有關(guān)技術(shù)能力與國外相比，差距較為明顯，需要開展大量研究工作加以解決。

3.加強能力建設(shè)的幾點建議

雖然，核事故發(fā)生的幾率很小，但實際是很難杜絕，積極消除核事故隱患和做好事故應(yīng)急準(zhǔn)備，一直是國家和軍隊核應(yīng)急工作的重要內(nèi)容。針對目前部隊核事故應(yīng)急監(jiān)測工作中存在的不足之處，重點提出以下幾點改進建議。

1）結(jié)合國外現(xiàn)階段高靈敏度、高分辨率核輻射監(jiān)測裝備研究技術(shù)成果，開展有針對性地開發(fā)改進工作。根據(jù)部隊核事故發(fā)生的現(xiàn)實情況，結(jié)合放射性核素擴散泄漏的主要特點和規(guī)律，研制輕便化、性能穩(wěn)定可靠的探測器，實現(xiàn)探測量程的大幅度拓寬，并逐步淘汰落后老化的儀器設(shè)備，使事故現(xiàn)場的操作程序明顯簡化、分析測量時間有效縮短，提高測量的精度和準(zhǔn)確性。

2）開展核事故應(yīng)急輻射監(jiān)測集成化系統(tǒng)研究工作，將便攜式應(yīng)急輻射監(jiān)測儀、應(yīng)急輻射監(jiān)測車、信息傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心等單元進行整合，使裝備集成化和小型化，實現(xiàn)武器單元的互聯(lián)互通。例如，可以為單兵增加改裝的通信單元，選配內(nèi)嵌式北斗和GPS等定位系統(tǒng)（天線內(nèi)置）或為已有北斗終端預(yù)留通信接口，對單兵手持或背負設(shè)備增配網(wǎng)狀通信網(wǎng)卡。應(yīng)急人員通過隨身攜帶的核輻射監(jiān)測儀進行現(xiàn)場信息采集和處理，網(wǎng)通信單元對采集信息進行自動收集，并將信息發(fā)送給現(xiàn)場通信車輛，從而實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r有效［5］。

3）開展核事故應(yīng)急監(jiān)測信息數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的改造升級工作。高效的信息傳輸系統(tǒng)是完成應(yīng)急任務(wù)的重要技術(shù)保障。由于部隊核事故的特殊性和巨大的破壞力，事故現(xiàn)場既有的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)極有可能遭受到嚴重破壞。因此，需要建立安全、穩(wěn)定、獨立、可靠的信息傳輸系統(tǒng)。在執(zhí)行應(yīng)急監(jiān)測行動時，涉及到部隊軍事密級的重要信息只能通過專用的渠道進行傳輸，從而保證了應(yīng)急監(jiān)測信息數(shù)據(jù)的安全。

4）開展核事故現(xiàn)場核應(yīng)急輻射監(jiān)測無人機、應(yīng)急監(jiān)測智能機器人等關(guān)鍵技術(shù)的研究工作。結(jié)合部隊核事故的場景環(huán)境和危害特點，研制或配備相關(guān)智能化監(jiān)測設(shè)備，使其能夠第一時間代替應(yīng)急人員進入復(fù)雜事故現(xiàn)場，對于人員和車輛無法抵達的區(qū)域?qū)嵤┖溯椛浔O(jiān)測和環(huán)境偵察。在減少輻射監(jiān)測行動時間的同時，有效擴展監(jiān)測的覆蓋空間和距離范圍，最大限度地保證應(yīng)急人員的安全。

4.結(jié)論

本文采用技術(shù)情報跟蹤調(diào)研的方法，重點了解國外先進的核應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)發(fā)展動態(tài)，分析研究最新技術(shù)的發(fā)展情況。同時，結(jié)合目前部隊核事故應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)水平的現(xiàn)狀和存在的不足，有針對性地提出改進與提高的技術(shù)思路與具體方法。在后續(xù)研究中，將結(jié)合急需開展的裝備研制需求，深化方案論證與有關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

參考文獻

［1］ 汲長松.核輻射探測器及其實驗技術(shù)手冊［M］.北京：原子能出版社，2010：320.

［2］ 肖無云，毛用澤，艾憲蕓，等.手持式γ譜儀用核輻射探測器綜述［J］.核電子學(xué)與探測技術(shù)，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］ 國際放射防護委員會，著.潘自強，陳竹舟，葉常青，等，譯.在放射攻擊事件中人員輻射照射的防護，國際放射防護委員會第96號出版物.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.

應(yīng)急監(jiān)測是核事故應(yīng)急工作的主要任務(wù)之一，其目的是為事故危害程度提供信息，輔助決策人員按照操作干預(yù)水平?jīng)Q定采取有效的防護行動，從而控制放射性污染擴散。本文采用技術(shù)情報跟蹤調(diào)研的方法，了解國外先進的核應(yīng)急輻射監(jiān)測技術(shù)更新動態(tài)和發(fā)展情況。同時，結(jié)合目前部隊核事故應(yīng)急輻射監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀和不足，提出改進的技術(shù)思路與方法。開展本項研究對于快速開展核應(yīng)急處置行動、提高部隊核應(yīng)急能力具有一定程度的指導(dǎo)意義。

作者單位：火箭軍裝備研究院六所