辐射计量技术在核能安全监测中的应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 04 日 作者简介：于兵（1986），男，汉族，重庆人。-17-辐射计量技术在核能安全监测中的应用研究 于 兵1 金慧琳2（通讯作者）1.中国测试技术研究院，四川 成都 610021 2.成都思创睿智科技有限公司，四川 成都 610021 摘要：摘要：核能作为一种清洁、高效、可持续的能源形式，正在逐步应用于全球能源体系中。然而，核能的开发和应用也带来了一系列的安全隐患和环境风险。核能安全监测是核能开发和应用过程中必不可少的一项工作，其主要目的是保障人民生命财产安全和环境保护。辐射计量技术是核能安全监测的核心技术之一，它能够对核能事故中的辐射量进行及时、准确的监测和分析，发现辐射污染并及时采取措施保障公众健康安全。因此，本文将探讨辐射计量技术在核能安全监测中的应用研究。关键词：关键词：辐射计量技术；核能；安全监测；应用 中图分类号：中图分类号：TL7 0 引言 核能是一种非常重要的能源形式，广泛应用于电力、医疗和科学研究等领域。然而，核能的利用也存在着安全隐患，如辐射泄漏、核事故等问题，这些问题对人类和环境都具有严重的危害性。因此，在核能利用过程中，必须加强对辐射的监测和控制，以确保核能的安全使用。辐射计量技术作为一种重要的核能安全监测技术，在核能安全监测中具有广泛的应用，值得深入探讨与分析。1 核能的安全隐患和环境风险 核能开发和应用过程中存在着一系列安全隐患和环境风险，核能事故是导致核能安全隐患和环境风险的主要原因之一。核能事故不仅会对人类健康造成危害，还会对环境造成破坏，长时间不得消失。比如，切尔诺贝利核事故造成的大量放射性物质依然存在于土壤和水体中，导致周边地区长时间无法居民。核能的应用还会产生大量放射性废物，这些废物会对人类、环境造成巨大的危害。放射性废物需要长时间的储存和处理，才能不对人类造成危害，如若管理不当，会导致废物的泄漏和散布，造成永久的环境污染和生态破坏。比如，美国新墨西哥州的卡尔斯巴德，就是一个意外泄漏放射性物质的例子，使得废物处理和储存成为了人们关注的焦点。核能技术的扩散也是一个值得关注的问题，核武器和核能技术的扩散会对全球和平稳定造成严重的威胁。2 辐射计量技术的基本原理和应用范围 辐射计量技术是一种用于测量和评估辐射量的技术手段，其基本原理是根据辐射与物质的相互作用，通过测量和分析辐射的能量、粒子数或电离能力来确定辐射量。辐射计量技术在核能安全监测中具有重要的应用价值，可以实时、准确地监测辐射水平，评估核能事故对环境和人体的辐射影响。辐射计量技术利用辐射与物质的相互作用来测量辐射量，辐射与物质的相互作用包括电离作用、激发作用和散射作用等。电离作用是辐射与物质相互作用时，从原子或分子中剥离电子，使原子或分子带上电荷，形成带电粒子。激发作用是辐射与物质相互作用时，使物质中的原子或分子转变到激发态，产生能级跃迁的现象。散射作用是辐射与物质相互作用时，辐射的能量和动量发生改变，改变了辐射的传播方向或能量分布。辐射计量技术利用辐射与探测器的相互作用来测量辐射量，探测器是一种能够将辐射与预期的响应量联系起来的装置。常见的辐射探测器包括闪烁体探测器、电离室、半导体探测器等。这些探测器可以测量辐射与其内部物质的相互作用产生的电信号、光信号或热信号，进而确定辐射量。辐射计量技术利用辐射量的测量结果来评估辐射的影响，通过对辐射量进行测量和分析，可以得出辐射剂量、辐射强度、剂量当量等参数，进而评估辐射对环境和人体的影响，并采取相应的防护措施。中国科技期刊数据库 工业 A-18-辐射计量技术的应用范围广泛，辐射计量技术在核能事故监测与应急响应中具有重要作用。通过对事故现场和周边环境进行辐射量的实时监测，可以及时发现和评估辐射污染的程度，辐射计量技术还能够通过追踪和分析辐射源的辐射特征，确定辐射源的类型和放射性物质的释放情况，为事故应急响应和事故后的清理工作提供支持。辐射计量技术在核能设施的辐射防护与安全监测中起着重要作用，通过对核能设施工作环境和工作人员的辐射剂量进行测量和监测，可以确保工作环境的辐射水平符合安全标准，保护工作人员的健康安全。此外，辐射计量技术还广泛应用于医学、科研和工业领域。例如，在医学影像学中，辐射计量技术可用于测量和控制医学图像的辐射剂量，保证患者接受医学检查的安全性。在核科学研究中，辐射计量技术可用于测量和研究高能辐射粒子的性质和行为。在工业应用中，辐射计量技术可用于工业辐射设备的安全监测和维护。3 辐射计量技术在核能安全监测中的应用 3.1 辐射环境监测 辐射计量技术是核能安全监测的重要组成部分，它通过测量辐射水平、放射性同位素的活度以及辐射剂量的大小和分布，确保核设施和相关活动对人员、环境和公众的安全，在监测核能安全的诸多方面中，辐射环境监测尤为重要，因为它直接关系到环境和公众健康。辐射环境监测通过部署各种辐射侦测器和采样设备来实现。监测网络通常包括固定监测站和移动测量设备，固定监测站可以提供实时数据，而移动设备可用于灵活的现场测量。构建监测系统时，需要综合考虑地理位置、气候条件、人口分布、核设施的类型和运行状态等因素。通过高纯锗探测器、谱仪、计数器等设备对环境中的空气、水、土壤和生物样品进行检测，来确定可能存在的放射性物质种类，如铀系、钍系和锕系元素以及人造放射性同位素例如铯-137、碘-131 等。环境监测涉及对环境介质中放射性水平的定期检查，利用 射线剂量率监测仪、空气采样器和水质检测设备等，测量环境介质中的放射性污染水平，确保其在安全限值以内。监测工作主要从测量的活度数据出发，估算环境中的辐射剂量，剂量计算通常基于国际辐射防护委员会发布的剂量系数，来评价公众可能接受的辐射剂量，从而判断辐射是否对人体健康构成威胁。收集到的监测数据需要进行统计分析，以识别任何异常的辐射增加或污染事件，风险评估模型可用来预测放射性释放的影响，决定是否需要采取防护措施。在核事故或其他放射性污染事件发生时，辐射环境监测作为应急响应计划的一部分，可提供快速且准确的数据，帮助制定疏散计划，减少放射性物质对环境和人群的危害。定期发布环境监测结果，向公众传达相关信息，提高透明度，建立公众的信任，教育公众有关辐射的基本知识，以正确理解和响应可能的辐射风险。遵守国际原子能机构制定的辐射监测与安全标准，确保监测结果的可比性和科学性，国际合作有助于分享最佳实践，提升全球核能安全监测的能力。3.2 辐射人员监测 在核能设施工作的人员需要接受辐射剂量监测，以确保其辐射暴露在安全范围内。辐射人员监测通过测量和记录个体的辐射剂量，包括外部照射剂量和内部吸收剂量，对人员的辐射暴露进行评估，并采取适当的防护措施。辐射人员监测的目的是保护工作者的身体健康，预防辐射造成的伤害。在核能设施中工作的人员可能会接触到不同类型的辐射，包括 射线、中子、射线等，因此需要针对不同辐射类型进行监测。外部照射剂量监测是辐射人员监测的一个重要环节，这种监测通过佩戴个人剂量仪器，如电离室和固态核探测器，实时测量工作者接收到的外部辐射剂量。这些个人剂量仪器可以定期校准，确保测量结果的准确性。监测结果可以用于评估个人的辐射暴露情况，以确定是否超过预定的辐射限值。如果辐射剂量超过限值，就需要采取相应的措施，如减少工作时间、增加防护措施或调整工作方式。内部吸收剂量监测是另一个重要的辐射人员监测方面，内部吸收剂量是指工作者吸入或摄入放射性物质后，由于其在体内积累而引起的辐射剂量。为了监测内部吸收剂量，可以使用生物监测和气溶胶监测等方法。生物监测通过检测工作者的生物样本，如尿液、血液和头发等，来分析体内放射性物质的含量和剂量。气溶胶监测则通过采集工作场所中的空气样本，分析其中的放射性粒子来评估工作者的内部吸收剂量。辐射人员监测还包括剂量记录和数据管理。监测到的个体剂量数据需要及时、准确地记录和管理，以便进行中国科技期刊数据库 工业 A-19-后续分析和评估，这些数据可以用于评估个人辐射风险、辐射暴露趋势分析以及辐射防护策略的制定。为了确保辐射人员监测的有效性和可靠性，需要建立完善的质量保证体系，这包括仪器的校准和维护、监测人员的培训和认证、监测程序的标准化等，确保监测过程的质量和准确性，才能有效保护工作者的身体健康。3.3 核设施辐射监测 核设施辐射监测主要是对核能设施工作环境中的辐射水平进行实时监测和评估，旨在确保工作人员的健康安全和核能设施的正常运行，辐射计量技术被广泛应用于核能设施内部的辐射环境监测。核反应堆内部存在着各种辐射源，如燃料元件、堆芯、冷却剂等，这些辐射源会产生各种类型的辐射，如 射线、中子等。辐射计量技术可以通过放置辐射探测器在核反应堆内部进行实时监测，得出辐射剂量和辐射强度等参数，以保证核能设施运行期间的辐射水平符合安全标准。核能设施的运行会产生放射性废物、废气和废水等，这些废物中可能含有放射性物质。辐射计量技术可以通过设置辐射监测站点，对核能设施周边环境中的辐射剂量、放射性浓度等进行实时监测和评估，这些监测数据可以用于预警和控制，以避免辐射污染对环境和人体造成损害。核能设施的工作人员常年接触辐射源，其个人剂量是评估其辐射暴露程度的重要指标。辐射计量技术通过佩戴个人剂量计对工作人员的辐射剂量进行实时监测和记录，并及时提供个人剂量的数据，以便工作人员掌握自身辐射暴露情况，采取相应的防护措施，保护自身健康。一旦核能设施发生事故，辐射计量技术可以通过迅速部署辐射监测设备，对事故现场和周边环境中的辐射水平进行实时监测。3.4 核事故后应急监测 核事故可能会导致放射性物质的泄漏和扩散，给周围环境和人员带来潜在的辐射风险。核事故发生后，应急监测的目标是迅速获取有关放射性物质扩散、范围和剂量的信息，以便采取适当的紧急应对措施。空气监测是应急监测的重要手段之一。通过采集空气样品，分析其中的放射性物质含量，可以评估事故现场周围的空气辐射水平和污染程度。常用的空气监测方法包括使用气溶胶采样器、气体采样器和连续气相监测仪等设备。这些设备可以快速获取样品，并通过核素分析确定放射性物质的种类和浓度。核事故后，放射性物质可能通过空气沉降、地下水污染等途径进入土壤和水体。因此，对事故现场周围的土壤和水体进行监测非常关键。通过采集土壤和水体样品，并进行核素分析，可以评估这些环境介质中放射性物质的含量和分布情况。这有助于确定污染程度，并制定相应的清理和修复策略。核事故后，食品链可能受到污染，从而引发食品安全问题。因此，对事故周围地区的食品进行监测是必要的。食品监测通常包括收集样品，如蔬菜、水果、奶制品、肉类等，然后进行核素分析。3.5 核废料管理 核废料具有不同的放射性水平，通过对核废料的辐射特征进行测量和分析，可以确定其放射性浓度和辐射剂量率等参数。辐射计量技术通过设置辐射监测装置和探测器，可以实时监测核废料的辐射水平，及时掌握废物的辐射情况，为核废料的安全管理提供重要数据支持。辐射计量技术可以用于核废料的辐射评估，通过对核废料的辐射量进行测量和分析，可以得出核废料的辐射剂量、剂量当量等参数。这些参数可以用于评估核废料对环境和人体的辐射影响，判断核废料的辐射风险程度。辐射评估的结果可以帮助制定和实施合理的防护措施，减少核废料对环境和人体造成的辐射伤害。此外，辐射计量技术还可以用于核废料的辐射控制和防护。通过对核废料在储存、运输和处理等过程中的辐射水平进行实时监测和控制，可以避免核废料的辐射泄漏和污染。辐射计量技术可以帮助建立和优化核废料的安全管理措施，包括选择适当的包装和储存容器、确保储存设施的辐射屏蔽效果、制定适当的标识和警示措施等。辐射计量技术还可以用于核废料的追踪和追溯，对核废料的辐射特征进行测量和分析，可以建立起核废料的辐射特征数据库。利用辐射计量技术，可以对核废料进行标记和追踪，确保核废料的来源和去向可追溯，防止核废料的非法流通和滥用。4 结束语 辐射计量技术在核能安全监测中的应用研究是非常重要的。通过辐射计量技术，可以准确测量和评估核能系统中的辐射水平和剂量，帮助监测人员了解辐中国科技期刊数据库 工业 A-20-射源的强度、分布和影响范围，从而采取相应的控制和保护措施，从而提高核能安全监测的准确性和可靠性，从而保障公众和工作人员的安全。参考文献 1高青松,李得天,陶院等.星载微波辐射计热定标源计量测试技术研究J.真空与低温,2023,29(02):103-110.2林敏,叶宏生,夏文等.CIAE 电离辐射计量技术发展回顾J.原子能科学技术,2020,54(1):322-341.3邓玉强.太赫兹计量研究与标准研制进展J.应用光学,2020,41(04):651-661.4吴金杰,郭思明,赵志丹等.“电离和光辐射极端量计量关键技术研究”项目获“国家质量基础的共性技术研究与应用”重点专项支持J.中国计量,2018(04):54-56.5韩玉龙.我国核技术利用辐射安全管理中存在的问题探讨以赤峰为例D.天津:南开大学,2016.