舰船核事故人员应急辐射自动化监测系统设计探讨

http://www.100md.com 《海军医学杂志》 2000年第2期

     作者：鲁永杰 范正平 郁建平 陈铁河

    单位：(海军医学研究所，上海 200433)

    关键词：核事故；核舰船；放射性监测；应急辐射监测系统

    海军医学杂志000201 摘要 目的：提高在舰船核事故条件下对人员进行应急辐射监 测的速度。方法：采用一机多探头，并用计算机控制操作。结果：设计了一种能同时快速测量人员体内外放射性污染并即时给出测量结 果的应急辐射自动化监测系统。

    中图分类号 TL751 文献标识码 A 文章编号 1009-0754 (2000)02-0097-04

    Exploratory Design of the Personnel Emergency Radiation Auto-mon itoring System Used in Nuclear Acciden ts Aboard Ships

    LU Yong-jie, FAN Zheng-ping,YU Jian-ping, et al

    Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433

    Abstract Objective:To increase the speed of personnel radiation monitoring should nuclear accidents occur aboard ships.M et hods:The system is of one unit with multiple probes, and can be con tr olled and operated with a computer. Results:Design and dev elopment of an auto-monitoring system which can be used for emergency radiati on treatment, simultaneously make measurements of both internal and external radioa ctive contamination and give out reading immediately was completed.

    Key words:nuclear ships; nuclear accident; radioactive mon itoring; emergency radiation monitoring system

    由于核动力舰船具有航程长、航速快等优越性，因此凡有能力的国家都企 求发展核动力 舰船，尤其是核潜艇。然而由于核舰船的军事性和海洋环境的多变性，发生核事故的几率要 比陆上核设施大得多。舰船核事故不仅破坏设备、仪器，还直接威胁人员的生命安全。因此 ，必须建立相应的应急救援体制，其中对人员的早期辐射(剂量)监测则是最重要的应急救援 任务之一。

    在核辐射事故中，对辐射损伤的处理和治疗与对普通伤病的诊治有较大区别，需要使用一整 套专用的监测设备和仪器，包括人员体表污染监测和内、外照射剂量监测仪器等。但目前的 仪器用于测量不同种类的辐射时一般需要更换探头，特别是在不明确伤员体表污染具体位置 时，使用单探头测量更耗时间，不适合事故时的应急救治。所以在核舰船核事故应急救援设 备中必须配备专用的核辐射应急监测系统(装置)，以便对伤员实施快速有效的体内、外辐射 剂量监测与体表放射性污染监测，为做好伤员的伤情分类、治疗及后送提供依据。

    1 设计原则

    1.1 装拆灵活 舰船核事故突发性强，破坏性大，严重时可致舰毁人亡 ，因此作为核事故应急救援设备之一的应急辐射监测系统，必须具备装拆灵活和搬运方便等 优点。一旦发生核事故时，该系统可以安装在核舰船上距核反应堆较远的位置工作，也可以 用有关辅助船载运至事故舰船周围开展工作。

    1.2 性能先进可靠 以往核事故现场救治所用仪器、设备功能单一，只 能对伤 员进行体表污染监测，而不能进行内照射监测。新设计的舰船核事故应急辐射监测系统必须 具有先进性和多功能，不仅线路设计和元器件配备科学合理，可靠性强，而且应实现对体表 γ、β污染和内照射同时监测，并用计算机控制操作，基本实现辐射监测自动化。

    1.3 经济实用 舰船核事故辐射监测技术属高科技范畴，国外已进入测 量程序化和评价标准化阶段。我国核电站虽建有专用闸门式全身污染监测仪，但使用条件与 核舰船环境有较大差别。此外，作为舰船核事故辐射监测系统，使用概率较小。因此，在设 计上必须考虑“费效比”，在满足一定功能条件下，力求减少费用，在有限的经费条件下设 计出适用于核舰船环境特点的人员应急辐射监测系统。

    2 设计依据

    核事故中人员的受照情况与核事故的严重性、事故的起因、裂变产物的释放 情况等许多因素有关，应急辐射监测系统不可能也没有必要根据不同的事故状况设计和建立 相 应的辐射监测仪器。然而辐射监测系统的设计必须适应核事故中的辐射对人的照射特点。

    2.1 核事故对人员危害的来源、途径和核素^[1]

    核事故一般分为早期、中期和晚期三个相继的阶段。在不同阶段，主要照射 来源和途径有一定差别。核事故发生时人员受照的主要来源和途径见表1。核事故早期对人 体造成危害的放射性核素主要是惰性气体和碘，晚期主要是寿命长的裂变产物。对人员的照 射方式和主要组织或器官有：γ射线对全身的外照射；吸入或食入放射性核素对甲状腺 、肺或其他组织、器官的内照射；以及沉积于体表、衣服上的放射性核素对皮肤的照射。对 不同组织或器官起重要作用的主要放射性核素见表2。这三种照射方式都可能发生，在核事 故应急监测中必须分别进行监测和鉴别，否则有可能造成剂量估算中的严重失误而导致伤员 的治疗失误。在核潜艇核事故中，由于人员相对集中且离反应堆很近，更应注意监测。

    表1 核反应堆事故时人员受照射的主要来源和途径 途 径

    来 源

    事故阶段

    外照射

    核设施本身

    早期

    烟羽中放射性物质

    早期、中期(释放时间长时)

    沉积于地面的放射性物质

    早期、中期、晚期

    沉积于衣服和体表上的放射性物质

    早期、中期

    内照射

    吸入烟羽中的放射性物质

    早期、中期(释放时间长时)

    吸入再悬浮的放射性物质

    中期、晚期

    食入放射性物质污染的食物和水

    中期、晚期

    表2 对不同组织(器官)起重要作用的放射性核素 对甲状腺

    对全身

    对 肺^(a)

    核素

    半衰期(d)

    核素

    半衰期(d)

    核素

    半衰 期(d)

    ¹³¹Ⅰ

    8.05

    ¹³¹Ⅰ

    8.05

    ¹³¹ Ⅰ

    8.05

    ¹³²Ⅰ

    0.0958

    ¹³²Te

    3.25

    ¹³² Ⅰ

    0.0958

    ¹³³Ⅰ

    0.875

    ¹³³Xe

    5.28

    ¹³³Ⅰ

    0.875

    ¹³⁴Ⅰ

    0.0366

    ¹³³Ⅰ

    0.875

    ¹³⁴Ⅰ

    0.0366

    ¹³⁵Ⅰ

    0.280

    ¹³⁵Xe

    0.384

    ¹³⁵Ⅰ

    0.280

    ¹³²Te

    3.25

    ¹³⁵Ⅰ

    0.280

    ¹³⁴Cs

    7.5×10<sup>2

    137</sup>Cs

    1.1×10<sup>4

    88</sup>Kr

    0.117

    ¹³⁷Cs

    1.1×10<sup>4

    106</sup>Ru

    3.65×10<sup>2

    132</sup>Te

    3.25

    ¹⁴⁴Ce

    2.84×10²

    (a)当碘的吸收受阻或释放期延迟时，肺成为控制器官

    2.2 碘(¹³¹Ⅰ)是核事故早期危害人员健康的主要核素

    国际原子能机构(IAEA)认为，对于已经发生的核事故，应按照“IAEA国际核事件 分级表”中的有关规定进行评价，其中确定核事故等级和评价危害的判断标准应包括核设施 破坏程度、核反应堆周围环境中的γ辐射剂量率以及向空气中释放的裂变产物，并把 ¹³¹Ⅰ的释放量作为主要评价指标^[2]。我国新型核潜艇的设计也把碘污染作为 核事故时的主要防护目标之一。

    2.3 人员体表污染必须及时监测和清洗

    苏联切尔诺贝利核电站事故表明，厂区内救援人员由于沉积在衣服和体表上的β放射性物质 未及时清除，从而引起了不同程度的皮肤放射烧伤，有些人的损伤较严重，由于未及时清洗 体表污染，严重影响了全身急性放射损伤的救治和预后。提示必须重视核事故时人员体表污 染的监测。有关单位对我国核潜艇部分人员进行全身放射性测量时，曾发现工作服上有微量 腐蚀活化产物⁵⁴Mn、⁵⁹Fe和⁶⁰Co^[3]，这说明平时在核潜艇内 发生放射性核素表面污染的可能性是存在的。

    2.4 人员外照射剂量监测

    外照射剂量监测是了解人员受照情况最常用的方式，也是最容易实现的监测途径。按规定凡 从事放射工作和在核设施区域内工作并有可能受到γ、X、高能β射线或中子照射的人员， 都必须穿带(戴)专用的防护用品并佩带个人剂量计^[4，5]，这就为外照射剂量监 测提供了条件。核事故发生时，核反应堆周围环境中γ或中子等辐射剂量率必然增高，在人 员佩带的剂量计中累积剂量也增加。因此，及时测量个人剂量计以获得外照射剂量数据，是 医学应急救治所需的重要依据之一。

    3 监测目标

    核事故时不同阶段释放的放射性物质的种类及其对人员造成照射的不同方式是研究和设计核 辐射监测装置的基本依据。但是，对于吸入体内的核素产生的剂量，目前还没有一台仪器能 完成表2中所列各种核素的测量。本系统是为核事故早期的应急监测设计的，其监测目标是 ：(1)人员γ外照射剂量监测；(2)人员体表β、γ放射性污染监测；(3)人员甲状腺中¹³¹Ⅰ含量监测；(4)系统外(室外)空气中γ辐射剂量率监测；(5)系统内 (室内)空气中γ 辐射剂量率监测。

    4 系统环境适应性

    本系统在温度为0～40℃、RH≤90%时能正常工作，具有耐震动、耐冲击、耐摇摆和抗电磁 干扰等功能。

    5 系统设计框图

    本系统除用于γ外照射剂量测量的热释光剂量仪是采用核潜艇专用配置外，其余目标的监测 均由新设计的系统完成。新的监测系统在探头位置设置、核电子学线路设计和操作方式选择 等主要方面均比传统放射性监测仪器有较大改进或创新。总体设计见图1，探头布置见图2( 室内、外空气γ剂量率监测探头未标出)，控制操作见图3。

    图1 监测系统结构框图

    图2 探头布置示意框图

    图3 系统操作程序框图

    6 系统设计特点

    6.1 实现了测量一体化 目前使用的放射性表面污染监测仪器仍处于改 进之 中，不论是一机两探头，还是一机三探头，在实际使用中都是一次只能使用一种探头，对于 人体甲状腺¹³¹Ⅰ测量，还需另配仪器和探头，对全身污染监测十 分不便。本设计 能使γ、β和¹³¹Ⅰ测量探头同时工作，实现测量一体化，只要被 测人员贴近有预设探头的监测墙，则可一次完成各种监测。

    6.2 实现了测量自动化 在以往使用老式单功能测量仪的监测中，从仪 器操作、探头更换到结果记录，皆需要手工操作，很难适应应急监测的需要，特别是被测人 员较多时，不但耗时费力，而且容易出错，本系统使用计算机控制，只需简单的键盘操作， 就可在3～4 min内 完成一个人员的测量及结果打印。如果以每人10个测量点计算，则可提高效率10～20倍。

    6.3 便于推广应用 随着核舰船和核电站的迅速发展，以及放射性同位 素的广泛应用，我国对核事故应急救援工作日趋重视，同时对核辐射监测仪器的研制和使用 也提出了更高要求。本文设计的辐射监测系统体积小，功能全，自动化程度高，价格适中， 具有较好的应用前景。

    (本文承蒙王月兴研究员悉心审改，在此诚致谢意。

    参考文献

    1，郭力生，葛忠良.核辐射事故的医学处理.北京：原子能出版社，1992. 35～37[ ZK)〗

    2，鲁永杰.国外核事故分级标准研究概况.海军军事医学，1993，14(3)：167

    3，鲁永杰，王月兴，马晓林等.核潜艇辐射防护仪器部分性能目标值建议，海军军 事医学，1991，12(2)：18

    4，GB 8703-88. 辐射防护规定. P.10

    5，GJB 429-88. 核潜艇放射卫生防护规定. P.3

    (收稿：1999-04-08)

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