核臨界環(huán)境輻射安全報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、概述

1.1、簡(jiǎn)介

根據(jù)輻射防護(hù)三原則與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，考慮人為操作失誤、儀器設(shè)備意外事故等原因可能引發(fā)的放射性危害，以及核臨界事故情況下的輻射安全報(bào)警，根據(jù)國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)要求就清華大學(xué)核研院元件樓建設(shè)一套核臨界輻射安全報(bào)警系統(tǒng)，與此同時(shí)選配一系列輻射防護(hù)應(yīng)急監(jiān)測(cè)儀器與實(shí)驗(yàn)分析設(shè)備。

核臨界輻射安全報(bào)警系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)、監(jiān)視和監(jiān)控，完成對(duì)核研院元件樓的放射性實(shí)時(shí)監(jiān)控及環(huán)境輻射安全和核臨界輻射安全雙報(bào)警功能。

本系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過由雙絞線連接的RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)時(shí)采集安裝在現(xiàn)場(chǎng)的4臺(tái)RAM-I 在線輻射安全報(bào)警儀和12個(gè)輻射探頭，通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的加工處理，以數(shù)字和圖形曲線的方式向管理人員呈現(xiàn)輻射現(xiàn)場(chǎng)的劑量率信息。同時(shí)以雙報(bào)警的機(jī)制來控制系統(tǒng)的聲光報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)輻射監(jiān)測(cè)與視頻聯(lián)動(dòng)等功能。 

 1.2、設(shè)計(jì)的依據(jù)

1．中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法（1989）
2．建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理辦法（1986）
3．中華人民共和國(guó)放射性污染防治法（2003）
4．中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法（2001）
5．GB8999-88《電離輻射監(jiān)測(cè)質(zhì)量評(píng)價(jià)保證一般規(guī)定》
6．EJ348-89《鈾礦冶輻射防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)定》
7．HJ/T61-2001《輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》
8．GB12379-90《環(huán)境核輻射監(jiān)測(cè)規(guī)定》
9．GB/T14583-93《環(huán)境地表γ輻射劑量率測(cè)定規(guī)范》
10．GB18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》（替代GB8703-88輻射防護(hù)規(guī)定與GB4792-1984。
11．放射性同位素與射線裝置安全和防護(hù)條例（*第449號(hào)）

2、系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1、監(jiān)測(cè)過程實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)遠(yuǎn)程控制

    該監(jiān)測(cè)過程由工業(yè)計(jì)算機(jī)，智能化儀表和光電執(zhí)行部件構(gòu)成，全過程以工業(yè)計(jì)算機(jī)作為控制大腦，只需預(yù)先設(shè)置好合適的參數(shù)就能自動(dòng)完成監(jiān)測(cè)過程的數(shù)據(jù)采集、聲光報(bào)警、高低雙閾值報(bào)警和視頻監(jiān)視聯(lián)動(dòng)等功能。該系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)及自動(dòng)化程度都接近或超過國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品水平。 

 2.2、采用集中式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    與分布控制模式相比具有*的可靠性與并行處理能力，同時(shí)具有微機(jī)全自動(dòng)、人工手動(dòng)二種操作工況，各種工況可以任意切換，并且可以在各工況間傳遞數(shù)據(jù)，為用戶提供了極大的靈活性。    

2.3、安全可靠

    系統(tǒng)采用4臺(tái)監(jiān)控主機(jī)12個(gè)探頭完成對(duì)7個(gè)（不同位置、不同區(qū)域與不同功能區(qū)）輻射現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)，該種設(shè)計(jì)*實(shí)現(xiàn)了輻射監(jiān)控的冗余設(shè)計(jì)，相對(duì)單主機(jī)多探頭的設(shè)計(jì)明顯的提供了輻射事故時(shí)準(zhǔn)確報(bào)警的概率，大大提供了系統(tǒng)的可靠性。

2.4、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng) 

控制軟件人機(jī)界面十分友好，所有的操作只需在一個(gè)控制面板上就可全部完成，簡(jiǎn)單易用，實(shí)用性強(qiáng)。

2.5、技術(shù)先上的進(jìn)性

輻射監(jiān)測(cè)量除全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)外，在技術(shù)手段的選擇上，使用 "Microsoft.net解決方案"、"C#"、"三層結(jié)構(gòu)"和"面向?qū)ο?span lang="EN-US">" 等比較成熟而又有發(fā)展前途的*技術(shù)，保證整套系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)的技術(shù)。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)的控制核心主要由兩臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成。*臺(tái)計(jì)算機(jī)作為主要控制計(jì)算機(jī)，它通過帶高壓隔離的轉(zhuǎn)換器將，四臺(tái)RAM-I 在線輻射安全報(bào)警儀主機(jī)進(jìn)行RS485組網(wǎng)，該計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，以通用的485通訊協(xié)議，向四臺(tái)RAM-I輻射報(bào)警儀主機(jī)輪詢采集數(shù)據(jù),并對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理。系統(tǒng)中每臺(tái)RAM-I輻射報(bào)警儀主機(jī)接三個(gè)輻射探頭，對(duì)應(yīng)每個(gè)探頭都配有相應(yīng)的報(bào)警燈。當(dāng)某路探頭輻射劑量率超標(biāo)時(shí)，對(duì)應(yīng)的報(bào)警燈、RAM-I主機(jī)和上位機(jī)程序均給出聲光報(bào)警，同時(shí)上位機(jī)將向另一臺(tái)視頻監(jiān)控用工控機(jī)發(fā)出對(duì)應(yīng)的探*和房間號(hào)，使視頻監(jiān)控用主機(jī)上能馬上顯示該房間的視頻圖像。

系統(tǒng)中的 RAM-I主機(jī)和上位機(jī)程序均有兩個(gè)報(bào)警閾值，即環(huán)境輻射安全報(bào)警閾值（以下簡(jiǎn)稱“環(huán)境閾值”）和核臨界輻射安全報(bào)警閾值（以下簡(jiǎn)稱“核臨界閾值”）。兩報(bào)警閾值中核臨界閾值大于環(huán)境閾值。當(dāng)某探頭的輻射劑量率超過環(huán)境閾值時(shí)，上位機(jī)監(jiān)控程序或RAM-I主機(jī)均給出聲光報(bào)警，監(jiān)控軟件上對(duì)應(yīng)探頭的顏色為粉紅，此時(shí)工作人員可通過上位機(jī)或RAM-I主機(jī)上的操作按鈕消除報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的探頭和主機(jī)的報(bào)警閾值自動(dòng)更新為核臨界閾值。當(dāng)輻射劑量率超過核臨界閾值時(shí)，系統(tǒng)再次報(bào)警，此時(shí)的報(bào)警已不能消除，監(jiān)控軟件對(duì)應(yīng)探頭的顏色也變?yōu)檠t。

系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件，除具有數(shù)據(jù)采集功能外，還具有實(shí)時(shí)圖譜、聲、光報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

第二臺(tái)計(jì)算機(jī)用于視頻監(jiān)視，實(shí)時(shí)監(jiān)視每個(gè)房間的具體情況。

4、功能模塊圖

4.1、輻射監(jiān)測(cè)

4.1.1、輻射安全報(bào)警監(jiān)控

該模塊是本軟件zui核心的模塊，其功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)四臺(tái)RAM-I主機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，將采集到的數(shù)據(jù)以文本框和圖譜的形式顯示出來，軟件的界面上有對(duì)應(yīng)探頭的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，報(bào)警燈的狀態(tài)，報(bào)警喇叭的狀態(tài)，并用顏色的深淺表示輻射劑量率水平，如果想查看某探頭一段時(shí)間的測(cè)量數(shù)據(jù)，可雙擊對(duì)應(yīng)探頭的文本框，軟件中將出現(xiàn)該探頭一段時(shí)間的實(shí)時(shí)采集圖譜。同時(shí)該模塊環(huán)境閾值與核臨界閾值的切換功能。

4.1.2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集圖譜

4.1.3、與視頻聯(lián)動(dòng)通訊

   當(dāng)某一探頭發(fā)生報(bào)警時(shí)，需要在視頻監(jiān)視中跳出對(duì)應(yīng)的房間視頻圖像。該功能模塊主要通過RS232接口向視頻監(jiān)視發(fā)出通訊信號(hào)，將相應(yīng)的房間和探頭好發(fā)給視頻監(jiān)視主機(jī)。

當(dāng)某一時(shí)刻有多個(gè)探頭同時(shí)報(bào)警時(shí)，本軟件只發(fā)送一個(gè)探頭信息，以免，視頻信息出現(xiàn)頻繁亂跳的現(xiàn)象。

4.2、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

4.2.1、檢測(cè)設(shè)備管理

本模塊用來設(shè)置與上位機(jī)程序通訊的RAM-I在線輻射安全報(bào)警儀的主機(jī)信息和探頭信息。

主機(jī)信息包括：主機(jī)號(hào)，主機(jī)型號(hào)，主機(jī)名稱等重要信息。

探頭信息包括：探*（工作間號(hào)）、探頭的類型，每個(gè)探頭的環(huán)境閾值和核臨界閾值，采用周期等信息。

通過對(duì)以上信息的添加、修改和保存到數(shù)據(jù)庫(kù)。以提供給數(shù)據(jù)采集中使用。

4.2.2、用戶管理

4.2.3、數(shù)據(jù)庫(kù)備份

4.2.4、數(shù)據(jù)庫(kù)還原

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)難性事故后，需要重新恢復(fù)原來的檢測(cè)數(shù)據(jù)，本功能就是用來還原以前備份好的數(shù)據(jù)庫(kù)，同樣該模塊只有一個(gè)操作按鈕，操作簡(jiǎn)單。

4.2.5、壓縮和修復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)

4.2.6、程序日志

     當(dāng)軟件運(yùn)行過程中，軟件可能會(huì)出現(xiàn)一定的錯(cuò)誤（行話稱之為Bug），另外RAM-I在線輻射安全報(bào)警儀也會(huì)出現(xiàn)探頭掉線的特殊情況。因此對(duì)于系統(tǒng)中不該出現(xiàn)的異常是有必要進(jìn)行記錄的。

    本功能模塊主要用來記錄以上程序異常，為程序的完善和出錯(cuò)后及時(shí)的修正提供重要信息。

4.3、數(shù)據(jù)查詢與分析

4.3.1、當(dāng)日檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢

本模塊用來查詢當(dāng)日監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采集到的全部數(shù)據(jù)。

4.3.2、歷史檢測(cè)查詢

4.3.3、環(huán)境輻射安全報(bào)警統(tǒng)計(jì)

對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，每個(gè)探頭和房間出現(xiàn)過的環(huán)境輻射安全報(bào)警次數(shù)和時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4.3.4、臨界輻射安全報(bào)警統(tǒng)計(jì)

對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，每個(gè)探頭和工作間出現(xiàn)過的臨界輻射安全報(bào)警統(tǒng)計(jì)次數(shù)和時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4.4、系統(tǒng)設(shè)置

4.4.1、系統(tǒng)設(shè)置

對(duì)系統(tǒng)中需要的通訊端口進(jìn)行設(shè)置。

主要設(shè)置 檢測(cè)數(shù)據(jù)采集用端口號(hào)和 視頻監(jiān)視聯(lián)動(dòng)用通訊端口號(hào)。

4.5、窗口與幫助

4.5.1、窗口排列控制

4.5.2、幫助

本功能用來提供軟件的在線電子使用手冊(cè)。                           

5、控制程序異常處理

6、運(yùn)行環(huán)境

開發(fā)語言：Microsoft.Net  C#

操作系統(tǒng)：Windows XP

7、RAM-I 在線輻射安全報(bào)警系統(tǒng)介紹

7.1、在線輻射安全報(bào)警儀主機(jī)

RAM-I在線輻射安全報(bào)警儀是一種新型的xγ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，它采用特殊設(shè)計(jì)的前置放大電路，具有靈敏度高、操作方便、自動(dòng)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和超閾報(bào)警等特點(diǎn)，能實(shí)時(shí)給出xγ輻射劑量率，也可作為在線輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與超閾安全報(bào)警，考慮到現(xiàn)場(chǎng)操作、應(yīng)急快速響應(yīng)與維護(hù)方便的需要，主機(jī)安裝在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與就地報(bào)警，通過RS485通訊實(shí)現(xiàn)總控制室自動(dòng)監(jiān)控。

   它廣泛應(yīng)用于放射性廢物庫(kù)、工業(yè)無損探傷、醫(yī)院γ刀治療、同位素應(yīng)用、γ輻照、醫(yī)院X射線診斷、鈷治療、核電站等放射性場(chǎng)所，提醒工作人員就放射源或射線裝置已處于工作或泄漏狀態(tài)，使其免受輻射危害。

                RAM-I在線就地監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置

特點(diǎn):

1．掛壁式主控箱：安裝方便。

2．智能化設(shè)計(jì)：微電腦控制，點(diǎn)陣式液晶顯示，中文狀態(tài)條提示操作及狀態(tài)。

3．報(bào)警閾值：低值、高值、故障（失效）三種報(bào)警，報(bào)警閾值在測(cè)量范圍內(nèi)可任意設(shè)置

4．可外接多個(gè)探頭，zui多可接8個(gè)探頭

5．標(biāo)準(zhǔn)RS485接口：可將采集數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。

6．日歷時(shí)鐘功能。

7. 工作電源：AC220V交流電源。

7.2、RAM-I型配套NaI閃爍體探頭

1、探測(cè)器：Φ30×25mm（NaI（TI）晶體）。

2、測(cè)量范圍： 0. 01μGy/h～350μGy/h  ；zui大過載劑量率 600μGy/h

3、響應(yīng)時(shí)間： 1S

4、測(cè)量誤差： ≤±15%

5、能量響應(yīng)： 40Kev～3Mev

6、使用環(huán)境：溫度-10℃～+50℃、相對(duì)濕度（在40℃溫度下） ≤98％

7.3、RAM-I型配套GM管探頭

1、探測(cè)器：金屬GM管

2、測(cè)量范圍： 0. 01μGy/h～1000μGy/h  ；zui大過載劑量率 10mGy/h

3、響應(yīng)時(shí)間： 5S

4、測(cè)量誤差： ≤±30%

5、能量響應(yīng)： 40Kev～1.5Mev

6、使用環(huán)境：溫度-10℃～+50℃、相對(duì)濕度（在40℃溫度下） ≤98％

中國(guó)輻射防護(hù)研究院

：張文濤

（辦公室）：