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關(guān)鍵詞:輻射環(huán)境監(jiān)測;放射性元素;展望
【分類號】:X837
1引言
輻射環(huán)境監(jiān)測的目的是全面掌握我國輻射環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢,為環(huán)境執(zhí)法提供科學(xué)依據(jù),為政府決策提供技術(shù)支持。20世紀(jì)50年代,我國開始了核工業(yè)的建設(shè),與此同時輻射環(huán)境監(jiān)測工作也開始進行,但是早期監(jiān)測工作主要由核設(shè)施營運者自主進行,監(jiān)測范圍很小。至2007年底,全國共有27個省市開展了轄區(qū)內(nèi)的輻射環(huán)境質(zhì)量常規(guī)監(jiān)測工作,分別對環(huán)境γ輻射水平及空氣、水體、土壤等環(huán)境介質(zhì)中的放射性核素含量進行了監(jiān)測,其中北京、吉林、浙江和廣東四省市已建立了環(huán)境了輻射連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。本文搜集了1983-1990年和2007-2012年的監(jiān)測數(shù)據(jù)并對其進行了對比分析,最后對輻射環(huán)境監(jiān)測工作未來的發(fā)展方向做了總結(jié)。
2輻射環(huán)境監(jiān)測的指標(biāo)及其結(jié)果
3未來我國輻射環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展方向
雖然已經(jīng)建立全國輻射環(huán)境監(jiān)測體系,但是在實際操作過程中仍存在不少薄弱環(huán)節(jié)。首先輻射環(huán)境監(jiān)測機構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需要加強,其次技術(shù)力量有待提高,需要具有專業(yè)能力的輻射環(huán)境監(jiān)測人員;再次每個省的建設(shè)能力有限,嚴(yán)重阻礙了監(jiān)測的全方位的進行;最后整個輻射環(huán)境監(jiān)測體系有待完善。要實現(xiàn)這一目標(biāo)必須要在全國范圍內(nèi)開展輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測,重點監(jiān)測核設(shè)施和一些重點污染源。未來我國輻射環(huán)境監(jiān)測近的工作應(yīng)該以以下幾個方面為基礎(chǔ)。
3.1完善全國輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)
建設(shè)輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)的目標(biāo)就是建立“一網(wǎng)絡(luò)兩中心”,也就是指全國輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心、核與輻射事故應(yīng)急技術(shù)中心的建設(shè)。2002年,國家環(huán)保總局下發(fā)了《輻射環(huán)境監(jiān)督站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》,明確提出了國家輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心、有核設(shè)施省級站和無核設(shè)施省級站的人員編制及結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)經(jīng)費、工作用房、儀器設(shè)備等方面的基本配置要求,同時全國輻射環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作也正式起動。
3.2加強隊伍建設(shè),規(guī)范監(jiān)測行為
隊伍建設(shè)是輻射環(huán)境監(jiān)測的核心部分,我們要從戰(zhàn)略的高度來重視這個問題。首先我們要營造誘人的工作環(huán)境,吸引專業(yè)人才;其次要對新引進的人員進行專業(yè)的培訓(xùn),實行嚴(yán)格的考核制度;最后要組織輻射監(jiān)測行業(yè)內(nèi)的老專家,成立專門的技術(shù)顧問組。除了進行隊伍建設(shè)外,還要完善單位的規(guī)章制度,并作為單位管理的準(zhǔn)則。
3.3全面開展輻射環(huán)境監(jiān)測
根據(jù)我國輻射環(huán)境保護所面臨的形勢,為了加快輻射環(huán)境監(jiān)測行業(yè)的發(fā)展,改變監(jiān)測滯后于管理的局面,國家環(huán)境保護部在充分調(diào)研、廣泛征求各省市及有關(guān)專家的意見基礎(chǔ)上,全面開展輻射環(huán)境監(jiān)測工作,并確保能及時、準(zhǔn)確反映全國輻射環(huán)境質(zhì)量狀況。
3.4重視并提高輻射污染應(yīng)急監(jiān)測能力
核泄露事故應(yīng)急和預(yù)警工作人員數(shù)量較少,儀器裝備水平還比較落后,因此首先要建立完善的輻射污染事故快速應(yīng)急響應(yīng)制度,建立遠程、自動、現(xiàn)場無人值守的監(jiān)測系統(tǒng)用于核事故應(yīng)急監(jiān)測;各省市的環(huán)保部門制定本地區(qū)的核事故和輻射恐怖襲擊事件的應(yīng)急方案,全面提升應(yīng)急監(jiān)測能力。
3.5制定放射性廢物管理政策
國家環(huán)境保護部根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)研制定了比較完善的政策,主要包括環(huán)境整治政策、高放射性廢物處理政策和放射源的管理政策。
3.6加強宣傳力度,提高政府和公眾對輻射環(huán)境的保護意識
通過各種手段、借鑒各種媒體傳播輻射環(huán)境保護知識,提高人們的輻射環(huán)境保護意識。
4總結(jié)
經(jīng)過對2007-2012年監(jiān)測值和1983-1990年調(diào)查值對比分析得出:(1)除了河南、湖北和三個地區(qū)的γ輻射空氣吸收率的監(jiān)測值與1983-1990年全國放射性水平調(diào)查值相差較大,其他地區(qū)基本保持一致。(2)氣溶膠總α、總β放射性比活度的監(jiān)測值均在范圍之內(nèi)。(3)全國多數(shù)地區(qū)的土壤中放射性元素未監(jiān)測到異常值。(4)中國主要水系的監(jiān)測值除了極少部分出現(xiàn)異常外,基本和1983-1990年全國放射性水平調(diào)查值相一致。
經(jīng)過幾十年的建設(shè)和發(fā)展,我國在輻射環(huán)境監(jiān)測方面的工作取得了很大的進步,已經(jīng)建立了較為完善的全國輻射環(huán)境監(jiān)測體系,每年都能夠獲得大量的監(jiān)測數(shù)據(jù),使我們能夠基本掌握我國輻射環(huán)境現(xiàn)狀,但是未來仍會面臨不小的挑戰(zhàn),需要不斷地發(fā)展和努力。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:核設(shè)施退役;輻射監(jiān)測;分析
引言
我國早期的一些核設(shè)施大多處于關(guān)停狀態(tài),主要因為其運行時間長,工作情況復(fù)雜,工作危險性極大,核設(shè)施的退役技術(shù)和相關(guān)經(jīng)驗比較匱乏。輻射監(jiān)測貫穿在核設(shè)施退役的整個過程中。整個過程需要完善的標(biāo)準(zhǔn),但是目前來講,整個核設(shè)施退役制度并不是很完善。本文結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及結(jié)合相關(guān)專業(yè)文獻探討整個核設(shè)施退役過程的不同階段需要完成的不同監(jiān)測項目。
1 核設(shè)施退役前的準(zhǔn)備階段
1.1 環(huán)境放射性的水平普查
首先需要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范收集樣品,做好樣品的保存工作。將大氣氣溶膠、大氣沉降物、飲用水、地表水、地下水、土壤和底泥作為監(jiān)測對象,測量陸地γ輻射劑量率或者季度內(nèi)累計γ輻射劑量中的總α、總β活度濃度或者質(zhì)量濃度。保證在核設(shè)施關(guān)停的前提下,如果周圍輻射環(huán)境監(jiān)測中斷,需要對周圍環(huán)境介質(zhì)中的放射性水平進行兩個季度以上的監(jiān)測,在這兩個季度之內(nèi)測量次數(shù)不能低于兩次。
1.2 退役場所放射性水平普查
(1)建筑物內(nèi)空氣放射性水平普查。對準(zhǔn)備退役的核設(shè)施的所有建筑物做放射性水平調(diào)查,取樣流量為20L/min~120L/min,采用累計取樣方式,但是一定要保證最小的取樣體積能夠滿足測量要求,樣品放置四天以后,進行其活度濃度的測量。(2)重點污染設(shè)備放射性水平調(diào)查。凡是參加過過源項核素材料的加工,檢驗,分析或者其他工作的污染設(shè)備全部進行放射性水平普查。首先對其表面污染情況進行普查,應(yīng)該用表面污染儀探頭對重點污染設(shè)備的外表面進行污染巡檢。移動探頭速度應(yīng)該在1cm/s~2cm/s。對于特殊位置應(yīng)該進行定點表面污染監(jiān)測,比如手套接口等。監(jiān)測時間應(yīng)該不低于6s,表面污染儀探頭與設(shè)備表面應(yīng)該保持有5mm的距離。
1.3 作業(yè)人員的尿液中放射性水平普查
核實施退役現(xiàn)場的工作人員全部要參加尿液檢查,對有可能參與到輻射現(xiàn)場的人員也要進行尿液檢查,分析其尿液中的源項核素的活度濃度。
2 源項調(diào)查階段
2.1 輻射檢測環(huán)境
(1)對地表γ劑量率的輻射測量。在準(zhǔn)備退役的核設(shè)施廠房外進行樣品采集,這時可以均勻布置2-3個位置進行樣品采集對地表面以及1cm處的累計γ輻射劑量。熱釋光法測量地表γ劑量率為目前工作人員常用方法。這種方法需要在地表監(jiān)測開始時放入到被監(jiān)測樣品區(qū)域內(nèi),在整個測量結(jié)束后收回。(2)對土壤的輻射測量。首先需要進行土壤的樣品選擇,樣品選擇可以在準(zhǔn)備退役的核設(shè)施廠房外選取,將核設(shè)施廠房外進行區(qū)域劃分,可以取3個面積相同的區(qū)域內(nèi)的土壤進行樣品采集,三個區(qū)域要保證統(tǒng)一大小,可以取面積為100m2的區(qū)域。樣品采集成功之后,進行其中的總α、總β、源項核素的活度濃度測量。(3)對大氣氣溶膠的輻射測量。應(yīng)用專業(yè)測量儀對大氣氣溶膠進行實時監(jiān)測。樣品可以選取在準(zhǔn)備退役的核設(shè)施廠房外,將廠房外均勻布置2-3個采樣地點。這時要保證儀器使用的規(guī)范性,才能保證采集到的樣品合格,使采樣頭距離地面1.5m高,保證每分鐘采集到樣品在0.2m3到2m3之間,此時需要保證最小的取樣體積能夠滿足測量要求,樣品放置四天以后,進行其活度濃度的測量。
2.2 污染分布監(jiān)測
(1)建筑物。首先用測試儀測量整個建筑物體,進行讀數(shù)分析,測量者發(fā)現(xiàn)儀器讀數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)兩倍,此時應(yīng)該對此區(qū)域進行6秒以上的定點測量。其次對建筑物的墻面進行監(jiān)測,對于兩米以下墻面來講,可以采用1米乘以1米的方式進行劃分區(qū)域,而對于2米以上的墻面,劃分區(qū)域可以加倍,也就是說可以采用2米乘以2米的方式進行區(qū)域的劃分,用測試儀進行測量。在得到墻面和地面的測量結(jié)果后,如果每個方格內(nèi)全部測量結(jié)果高于控制區(qū)的控制標(biāo)準(zhǔn)時,那么這個區(qū)域就會被定義為重點污染區(qū)域;而污染區(qū)域的定義方式就是在測量區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)有一個定點測量結(jié)果高于標(biāo)準(zhǔn)并且大于標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)的兩倍,而整個區(qū)域內(nèi)測量結(jié)果并沒有超過標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù);而輕度污染區(qū)的定義標(biāo)準(zhǔn)就是在整個測量區(qū)域內(nèi)有一個定點測量讀數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)但是小于標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)的兩倍,并且整個區(qū)域的測量值并沒有超過標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)。最后應(yīng)該在屋頂隨機定位不少于30個點進行屋頂監(jiān)測。(2)設(shè)備。首先用測試儀對設(shè)備外表面進行監(jiān)測,這時對于使用測試儀具有一定要求,保證測試儀探頭的移動速度能夠更好的使樣品測量趨于精確。測量速度應(yīng)該保證在1cm/s~2cm/s范圍內(nèi)。當(dāng)測量人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備的污染面積較大,已經(jīng)超過1000cm2時,此區(qū)域?qū)儆趯儆谥囟任廴?。?dāng)α或者β表面污染水平讀數(shù)顯示高于探測儀器測試極限的2倍時,或者污染面積在1000cm2以下時,應(yīng)該注明污染范圍。其次對設(shè)備內(nèi)部進行定點測量,測量點不少于5個,多于2個測量點的測量值大于解控水平的3倍時,對其側(cè)面進行顯著標(biāo)記。
3 核設(shè)施退役中的監(jiān)測
廢物的放射性監(jiān)測:(1)對固體廢物進行放射性監(jiān)測。按照固體表面污染程度進行分類,如果被測物體表面方便工作人員對其進行監(jiān)測,則可以直接對其表面進行定點測量,檢查固體廢物表面的污染程度,但是這時對測量時間有一定要求,要使得測量時間大于6秒。,同時表面污染儀探頭與設(shè)備表面應(yīng)該保持有5mm的距離。如果被測物體難以直接測量,則可以采取擦拭取樣的方式。其主要操作方法就是用脫脂棉蘸取適量潤濕劑,擦拭時不能夠使?jié)櫇駝B透固體廢物。同時要保證整個樣品的被擦拭面積要超過整體的1/10,而且每次擦拭面積一定要保證在100cm2左右。將樣品作源項核素含量分析。對于一些不能直接測量以及不能擦拭測量的固體廢物可以進行化學(xué)分析,采取鉆孔、打磨等方式采集樣品,但是取樣一定要保證具有足夠的代表性。(2)對廢水進行污染程度監(jiān)測測量??梢匀∵m量廢水作為樣本,將其放置在容器中,用硝酸進行pH值中和,使其pH值約等于2,這樣可以將其作為樣本進行研究分析。如果兩者發(fā)生反應(yīng),這樣可以將反應(yīng)后的沉淀物適當(dāng)取樣當(dāng)作樣本進行分析,將此樣本放入固定容器,在專業(yè)試驗下進行其中的源項核素含量的分析。
4 核設(shè)施退役后的監(jiān)測
4.1 取樣有滲漏污染
對樣品采集區(qū)域有滲漏污染但是已經(jīng)經(jīng)過處理的,這時可以采用鉆井的方式取樣,取樣范圍可以分為縱向取樣和橫向取樣,橫向取樣范圍可以以污染源為中心,向外擴散1m,縱向取樣可以由污染源為中心,向下取1m。地面向下每隔50cm可以作為一個取樣平面,在這一平面上可以以半徑為20cm的圓上取樣,取樣點數(shù)不能少于4個,此時測量土壤中的總α、總β、源項核素的活度濃度。
4.2 取樣沒有滲漏污染
將驗收場分割成每10m2為一個單位,再將每個單位內(nèi)進行劃分網(wǎng)格,平均分成10份,每個網(wǎng)格內(nèi)取一個點進行調(diào)研分析,取樣標(biāo)準(zhǔn)可以采取取20cm之內(nèi)的表層土,重量在150g左右作為樣品。均勻混合每個網(wǎng)格之內(nèi)的樣品,將樣品均分成兩份,一分為單獨樣品進行監(jiān)測,一份與其他網(wǎng)格內(nèi)的樣品混合,測量土壤中的總α、總β、源項核素的活度濃度。
5 結(jié)束語
由于核設(shè)施退役過程涉及到輻射監(jiān)測,而輻射防護工作具有一定的特殊性。本文根有關(guān)規(guī)定以及相關(guān)法律要求,對核設(shè)施退役過程前準(zhǔn)備工作,以及工程施工過程中的監(jiān)測項目和工程終態(tài)階段需要監(jiān)測的項目進行分析,得出核設(shè)施退役工程綜合的參照依據(jù)。
參考文獻
關(guān)鍵詞:輻射監(jiān)測 實驗項目 課程設(shè)計 輻照中心
中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)02(a)-0110-01
環(huán)境輻射防護與監(jiān)測具有重要的公共衛(wèi)生意義,我國的環(huán)境保護部門及公共衛(wèi)生部門都十分重視核電站周圍的環(huán)境電離輻射監(jiān)測。盡管已有資料表明核電站在正常運行時對周邊環(huán)境的輻射影響遠比同等電功率的燃煤電站小,但前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故致全球性環(huán)境輻射水平增加的事實,仍令核電站周邊地區(qū)的公眾關(guān)注環(huán)境放射性水平變化及其對健康的影響。核電站在運行過程中排放含有放射性物質(zhì)的流出物可能影響環(huán)境,有關(guān)核電站的環(huán)境電離輻射監(jiān)測概況值得關(guān)注[1]。因此,環(huán)境輻射監(jiān)測與評價也是核工程與核技術(shù)專業(yè)本科生的必修課程之一。
以往的環(huán)境輻射監(jiān)測與評價課程只包括課堂授課的教學(xué)環(huán)節(jié),因此,雖然在教學(xué)內(nèi)容中設(shè)計到很多儀器、實驗等內(nèi)容,但不能結(jié)合實際操作去理解教學(xué)內(nèi)容,使得課程的教學(xué)效果大打折扣。目前,學(xué)校在教育部對學(xué)生全面綜合素質(zhì)培養(yǎng)的大背景下,要求環(huán)境輻射監(jiān)測與評價課程開設(shè)相關(guān)的環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目,是十分必要的。但由于課程實驗基礎(chǔ)十分薄弱,可供教學(xué)使用的環(huán)境輻射監(jiān)測儀器的種類、數(shù)量均十分有限,使得環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目開發(fā)具有較大的難度。
在這樣的條件下,合理的配置教學(xué)資源,開設(shè)具有一定可用性和可操作性的環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目就變得更加重要。
1 環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目開發(fā)中存在的問題
目前,在環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目開發(fā)中存在的主要問題有以下幾點。
1.1 缺乏合適的環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目
由于受到實際條件限制以及放射源的控制,對于很多的環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目來說,并不具備充足的條件[2]。如缺少放射源、缺少輻射屏蔽等。由于學(xué)生人數(shù)眾多,想要分批次開展類似的實驗,需要耗費大量的時間和人力物力,并不十分合適。對于環(huán)境輻射監(jiān)測實驗來說,其本身的專業(yè)性并不十分強。因此,若真的配備如此多的放射源來進行此實驗,可以說大材小用了。此外,利用天然本地輻射來配置實驗也存在一定的難度。由于天然本底的強度不高,探測的效果不好,因此作為實驗項目也并不是十分合適。
1.2 缺乏完備的環(huán)境輻射監(jiān)測實驗系統(tǒng)
就環(huán)境伽瑪輻射測量來說,一個完整的監(jiān)測系統(tǒng)是實時在線環(huán)境輻射連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng),包括若干個由探測器、前置放大器、數(shù)據(jù)采集器組成的監(jiān)測子站以及相應(yīng)的一系列通訊線路、網(wǎng)絡(luò)[3]。整套系統(tǒng)成本較高,利用率不高,使用起來復(fù)雜。即使建立起這樣一套復(fù)雜的監(jiān)測系統(tǒng),維修和使用都需要人力和成本[4]。
1.3 開發(fā)的實驗項目和教學(xué)內(nèi)容的緊密程度
有些實驗項目易于開發(fā),但和教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)度不大。但教學(xué)內(nèi)容中的實驗往往不容易實施。
基于上述的這些原因,對于環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目開發(fā)來說,實施的難度十分大。
2 環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目開發(fā)實踐
上述問題出現(xiàn)并不是偶然的,是在短時間內(nèi)難以從根本上解決的問題。因此,對于環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目開發(fā)課程建設(shè),往往采取自給自足的方式進行。
2.1 自搭實驗平臺
例如,對已有的氡濃度監(jiān)測實驗儀器進行改造,形成具有環(huán)境樣品連續(xù)采樣、氡濃度監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理一體化功能的實驗平臺。通過合理配置及流程設(shè)計,實現(xiàn)氡源、采樣、測量、數(shù)據(jù)處理的自動化連續(xù)操作,完成時限空氣中氡濃度的采樣、測量及數(shù)據(jù)處理一體化實驗裝置。通過對實驗儀器的改造,形成采樣、測量及數(shù)據(jù)處理一體化的實驗平臺,方便學(xué)生進行相關(guān)實驗,以較少的實驗儀器數(shù)量實現(xiàn)更多的學(xué)生的動手操作機會。實驗內(nèi)容緊扣教學(xué)內(nèi)容,通過實驗可加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解,同時鍛煉學(xué)生的動手能力。通過對空氣中氡濃度的監(jiān)測與評價實驗,使本科生掌握氡及其子體監(jiān)測的理論,熟悉空氣中氡濃度監(jiān)測的方法,掌握環(huán)境取樣、預(yù)處理、測量及數(shù)據(jù)處理的流程,對增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生實驗動手能力及綜合分析思考能力具有重要的意義。
2.2 課程設(shè)計與實驗相結(jié)合
課程設(shè)計(Practicum)是指大學(xué)課程中的綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié),可以幫助學(xué)生加深對課程的理解,還能鍛煉綜合運用課程知識解決實際問題的能力,不失為一種良好的實踐方式。因此在開設(shè)實驗的同時,在不具備實驗條件的情況下,可通過開設(shè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)來彌補實驗條件的不足,在某種程度上也能增加學(xué)生解決問題的能力。
2.3 聯(lián)合輻照中心進行實驗
該校自有輻照中心,設(shè)有30萬居里級Co-60伽瑪輻射源??蓢@輻照中心開展一系列環(huán)境輻射監(jiān)測的實驗。但在實驗過程中,要注意輻射防護等問題。擬在輻照中心周圍開展環(huán)境監(jiān)測實驗。
3 結(jié)語
在有限的條件下,環(huán)境輻射監(jiān)測實驗項目的開發(fā)會遇到很多的難題。但實踐環(huán)節(jié)的作用對學(xué)生們來說不言而喻。針對現(xiàn)有的條件,該課程通過自搭實驗平臺、課程設(shè)計與實驗相結(jié)合以及聯(lián)合輻照中心等方法,提出了一些好的應(yīng)對措施,并通過實踐檢驗,取得了較好的教學(xué)效果。
參考文獻
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關(guān)鍵詞 電磁輻射;煤巖動力災(zāi)害;煤與瓦斯突出;沖擊地壓
中圖分類號:TD324 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-7597(2013)21-0083-02
隨著我國煤炭開采歷史的增長,礦井的深度越來越深,隨之而來的是越來越顯著的煤巖動力災(zāi)害(主要包括煤與瓦斯突出,沖擊礦壓等)。雖然近年來我國百萬噸死亡率逐年下降,但由煤巖動力災(zāi)害產(chǎn)生的直接或間接事故已約占全年煤礦事故的2/3,直接導(dǎo)致煤礦安全、經(jīng)濟的嚴(yán)峻態(tài)勢,所以建立健全有效的動力災(zāi)害預(yù)報系統(tǒng)對煤礦和工人都有重要的意義。本文所描述的煤巖電磁輻射(EME)法就是一種近年由中國礦業(yè)大學(xué)率先研究應(yīng)用的新方法。
目前,我國對沖擊地壓的監(jiān)測方法主要有鉆屑法、頂板動態(tài)儀法、鉆孔應(yīng)力計法等方法,這幾種都屬于接觸式間接反映巖體應(yīng)力變化的探測法,具有相對較明顯的缺陷:鉆屑法要想達到較高的預(yù)測精度需要較大范圍的打孔,工作量較大,而且,其計算要求的數(shù)據(jù)都與人工的操作時間性有較大關(guān)系,相對誤差較大;頂板動態(tài)測量系統(tǒng)則是在頂板外壁有較顯著變形才能被人警覺,達到其極限報警值時往往發(fā)育接近完成,而鉆孔應(yīng)力計法一方面在測量過程中對密封要求高,另一方面,本身打孔測應(yīng)力就對對煤巖應(yīng)力有一定的破壞,所以結(jié)果定與實際情況有出入。
而電磁輻射法則是一種非接觸可連續(xù)預(yù)測的方法,實驗驗證和實際應(yīng)用效果都很好。
1 電磁輻射(EME)預(yù)測法基本原理
電磁輻射(EME)方法是一種地球物理法,其發(fā)現(xiàn)和研究首先是由前蘇聯(lián)的科學(xué)家在研究巖石的形變時發(fā)現(xiàn)的,主要應(yīng)用于橋梁隧道等工程方面,后來經(jīng)過發(fā)展才應(yīng)用于煤礦及其他有電磁輻射現(xiàn)象的地方。
煤、巖等其他一些固體中都含有束縛態(tài)的帶電離子和呈自由態(tài)的帶電電子,當(dāng)其受到外部應(yīng)力壓迫時,因受載的不均勻,煤體或巖體的各部分發(fā)生不規(guī)則的變形及其破裂,導(dǎo)致固體內(nèi)部電荷發(fā)生遷移,而裂縫的發(fā)展也會帶動帶電粒子的變速運動,這樣就會產(chǎn)生電磁輻射的現(xiàn)象。研究已經(jīng)表明當(dāng)應(yīng)變不均勻時,自由電荷與壓縮區(qū)域的壓力是成正相關(guān)的,這樣高濃度的自由電荷必然會向低濃度區(qū)域擴散,這樣電荷的電場在運動中產(chǎn)生磁場,從而產(chǎn)生電磁輻射。在實際中已經(jīng)發(fā)現(xiàn):應(yīng)力越集中,變形破壞過程越強烈,的到的電磁輻射信號越強,集中量化指標(biāo)體現(xiàn)在電磁輻射強度和脈沖。
在煤礦應(yīng)用EME方法預(yù)報地壓危險時應(yīng)用的方法如下:
1)臨界值法。這種方法是在地壓危險較小或沒有的區(qū)域布置測量點,連續(xù)觀測10個班的數(shù)據(jù),然后將監(jiān)測到的電磁輻射值、脈沖的個數(shù)、電磁輻射的幅值平均值平均,之后乘以系數(shù)k,得到的數(shù)據(jù)即作為為臨界報警值。系數(shù)取值一般為1.4~1.5。
2)偏差方法。這種方法是以前一班監(jiān)測到的電磁輻射的平均值為基礎(chǔ),以當(dāng)班實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)減去基礎(chǔ)值得到差值,和基礎(chǔ)值比較,從而事先預(yù)警。
2 電磁輻射(EME)預(yù)測法的優(yōu)勢
與傳統(tǒng)的預(yù)防沖擊地壓的方法來比,電磁輻射(EME)的預(yù)測有明顯的優(yōu)勢。
首先符合煤礦自動化發(fā)展的方向,它不需要打鉆等一系列費時費力的強體力勞動,在一定程度上解放了生產(chǎn)力,節(jié)省財力。
再者,與傳統(tǒng)的方法相比電磁輻射(EMS)預(yù)測突出的系統(tǒng)為非接觸式的,能夠克服煤巖體在空間分布不均、時間上不穩(wěn)定等因素的影響,在不額外擾動煤巖狀態(tài)的前提下,不占用較多人力實現(xiàn)大區(qū)域動態(tài)連續(xù)實時的監(jiān)測;
而且,相對傳統(tǒng)的監(jiān)測方法,電磁輻射(EME)法可以使用遠程控制系統(tǒng):EME方法反應(yīng)靈敏,即使煤體發(fā)生緩慢的變化也會有信號顯示,其監(jiān)測到的井下各區(qū)域電磁輻射強度和脈沖能夠綜合反應(yīng)煤巖的變形破裂情形,現(xiàn)代系統(tǒng)結(jié)合PLC顯示器和工業(yè)網(wǎng)絡(luò),根據(jù)電磁輻射預(yù)測法基本原理,主要對這兩項指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行人機對話或臨突閾值系統(tǒng)自動作的方法對實際區(qū)域情況做出反應(yīng)。
3 現(xiàn)場實驗及應(yīng)用描述
中國礦業(yè)大學(xué)教授錢建生、王恩元曾對電磁輻射法在煤礦的應(yīng)用做過很多的驗證,經(jīng)過他們在平煤集團的研究表明:當(dāng)一個煤層很穩(wěn)定沒有突出可能時,其煤巖電磁輻射強度很弱,脈沖數(shù)很少,應(yīng)用EME方法幾乎得不到數(shù)據(jù);而當(dāng)儀器測得的煤巖體的電磁輻射的信號變強,脈沖數(shù)隨時間變高時,此時的煤體有較大的突出危險性,這時采取一定的措施就可以避免發(fā)生事故。通過長時間的觀測以及實驗分析得到的集團某礦的臨突電磁輻射強度值和脈沖數(shù)值在后來的一系列預(yù)測預(yù)報中得到驗證,是完全可靠的,這也說明EMS法在預(yù)防區(qū)域的煤巖動力災(zāi)害是可靠的。
撫順某礦選擇78002號二期、-680m東、西探巷及78002號初期回采未受保護的40m煤柱等地點利用電磁輻射預(yù)測法進行重點測試。在四個月的測試中,對54個測站,81個測點,共測試數(shù)據(jù)4800余批,500多萬組數(shù)據(jù),歷經(jīng)1.5級以上礦震29次,從每次礦震前的測試結(jié)果中得到的結(jié)論:礦震與電磁輻射強度不是線性的,但是其測試數(shù)據(jù)表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律“電磁輻射強度出現(xiàn)連續(xù)、密集、大幅度的振蕩”。通過分析知道,電磁輻射能量在一段時間內(nèi)平穩(wěn)上升時預(yù)示著沖激能量集聚,當(dāng)其達到一定數(shù)值時,預(yù)示該地段具備了沖擊地壓發(fā)生條件。
應(yīng)用電磁輻射法很好的是徐州三河尖煤礦。該礦自1911年9月首次發(fā)生沖擊礦壓以來,到2001年累計發(fā)生破壞性沖擊礦壓達25次,僅在西翼堅硬頂板區(qū)發(fā)生沖擊礦壓為19次,累計破壞巷道1700多米。中國礦業(yè)大學(xué)曾運用KBD5電磁輻射監(jiān)測儀在該礦進行了電磁輻射預(yù)測沖擊地壓的試驗與應(yīng)用,取得了非常滿意的結(jié)果,使該礦回采速度明顯提高,實驗結(jié)果顯示:當(dāng)煤礦某區(qū)域來壓明顯時,對應(yīng)區(qū)域的電磁輻射就對應(yīng)的出現(xiàn)輻射異常,具體的對應(yīng)關(guān)系表現(xiàn)為,礦壓越大,電磁輻射強度明顯增強或出現(xiàn)強烈的振蕩,實驗過程中有3次預(yù)測有危險后采取了措施,未發(fā)生沖擊地壓,而在某先未采取泄壓或泄壓不完全的地方發(fā)生了突出,得到了驗證。在根據(jù)EME預(yù)測無危險區(qū)域,未經(jīng)任何認為干預(yù),也沒有發(fā)生沖擊地壓。現(xiàn)在該礦應(yīng)用KBD-5電磁輻射儀,具體采用電磁輻射的臨界值預(yù)測方法和變化率預(yù)測方法,在具有高度沖擊危險條件的9112工作面和9202工作面成功地進行沖擊礦壓的檢測與控制,并且在該礦《沖擊礦壓控制管理細則》中規(guī)定,當(dāng)檢測點的幅值達到80mV、脈沖數(shù)增加1倍及以上時,查明該區(qū)域范圍,并分析該區(qū)域沖擊礦壓危險性,如果處于臨界狀態(tài),則立即組織卸壓,實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
4 結(jié)束語
現(xiàn)在對煤巖電磁輻射現(xiàn)象的微觀解釋還不是很系統(tǒng),這可能對EME方法在其他也有電磁輻射的領(lǐng)域應(yīng)用會有一定的約束,但是基于煤巖電磁輻射法(EME)對煤礦煤巖動力災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)報系統(tǒng)理論及實際應(yīng)用都已經(jīng)確定是可行的。而且這種應(yīng)用的意義不僅在煤礦,對于地下交通正在加緊建設(shè)的中國來說也是很有借鑒性的,若能夠有所突破,建立一套普適的系統(tǒng)將是一個非常有意義的科研課題。
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[關(guān)鍵詞]核電廠 輻射監(jiān)測系統(tǒng) 特點 發(fā)展趨勢
中圖分類號:TP587.96 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)43-0323-01
一、 前言
當(dāng)前,核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)在快速發(fā)展,也在不斷的完善,進一步分析核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)的特點和發(fā)展趨勢也是對系統(tǒng)的完善和發(fā)展很有益處的,是我們需要關(guān)注度的內(nèi)容。
二、 核輻射事故應(yīng)急監(jiān)測的基本任務(wù)
核事故應(yīng)急監(jiān)測的基本要求是:在發(fā)生各種核或輻射事故的情況下,迅速趕赴現(xiàn)場,通過環(huán)境監(jiān)測和取樣測試,準(zhǔn)確及時地向政府有關(guān)部門提供事故現(xiàn)場及周圍環(huán)境中輻射污染狀況和環(huán)境介質(zhì)中放射性核濃度的實測數(shù)據(jù),為推算(或查明)事故源項(或原因)、評價事故影響后果,決定應(yīng)急防護行動、制定處置方案和采取恢復(fù)措施提供技術(shù)依據(jù)。
根據(jù)核事故應(yīng)急監(jiān)測的要求,需要開發(fā)一套移動實時數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng),配合應(yīng)急監(jiān)測車完成核事故的現(xiàn)場巡測、核應(yīng)急場外環(huán)境監(jiān)測等任務(wù)。
三、 目前核電領(lǐng)域通用的輻射監(jiān)測系統(tǒng)(KRS)的結(jié)構(gòu)
1. 輻射監(jiān)測系統(tǒng)(KRS)通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述
目前核電領(lǐng)域普遍采用的KRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是將來自探測器的模擬脈沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送至就地處理顯示單元(LPDU),在LPDU上進行顯示,報警處理,并送出高報、警告、失效等報警觸點和4-20mA的模擬量,經(jīng)過LPDU處理過的數(shù)據(jù)通過RS485通信模式送至遠程顯示單元(RDU),在遠程顯示單元(RDU)上又重復(fù)生成三級報警開關(guān)量和4-20mA的模擬量,并將數(shù)據(jù)通過RS485通信接口送至KRS輻射監(jiān)測系統(tǒng)計算機。在KRS輻射監(jiān)測系統(tǒng)計算機上進行數(shù)據(jù)和狀態(tài)集中顯示,并可在其上修改參數(shù),并發(fā)送各種遠程控制命令。
2. 輻射監(jiān)測系統(tǒng)(KRS)通用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析
這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于配置了KRS輻射監(jiān)測系統(tǒng)計算機進行集中顯示,并具有分析數(shù)據(jù)、進行設(shè)備狀態(tài)顯示、設(shè)置各監(jiān)測通道的參數(shù)和報警閾值、可生成各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)分布圖和趨勢圖,數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫管理,與DCS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊等功能。
由于就地處理顯示單元(LPDU)具有顯示、報警處理、和通過RS485通信接口通信的功能,遠程顯示單元(RDU)與就地顯示單元(LPDU)具有相似的功能,目前核電的KRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)普遍采用LPDU+RDU的方案,這一方案使得KRS系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜。KRS系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中采集,并由輻射監(jiān)測專用計算機以通信方式向DCS系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù),這種集中采集集中傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)容易造成信息傳輸?shù)钠款i。
四、 自動輻射監(jiān)測系統(tǒng)的上層組成
1、 數(shù)據(jù)采集工作站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器
數(shù)據(jù)采集工作站和服務(wù)器布置在控制廠房內(nèi),共有8個數(shù)據(jù)采集柜,其分別為:4個安全重要參數(shù)采集工作站、2個正常運行參數(shù)采集工作站、1個在線譜儀數(shù)據(jù)采集工作站和1個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
2、 運行和監(jiān)督工作站
(一)機組輻射安全工程師值班工作站
為裝有2臺計算機和3個顯示屏的監(jiān)控臺,互為備用,實時監(jiān)測、控制所有在線輻射監(jiān)測儀表和相關(guān)設(shè)備的運行狀態(tài),通過監(jiān)控畫面可實現(xiàn)對就地執(zhí)行機構(gòu)的控制。
(二)機組劑量技術(shù)員值班工作站
提供人員出入控制區(qū)的個人劑量計和輻射工作許可證的管理;提供自動輻射監(jiān)測系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的在線查詢。
(三)譜儀測量實驗室工作站
提供氣體樣品測量數(shù)據(jù)的錄入與查詢;提供場所、表面污染人工測量數(shù)據(jù)的錄入與查詢。
(四)輻射監(jiān)測系統(tǒng)儀表刻度與維護實驗室
提供自動輻射監(jiān)測系統(tǒng)在線儀表運行參數(shù)的設(shè)置、運行狀態(tài)的查詢、離線儀表的標(biāo)定與維修;作為其它各數(shù)據(jù)采集站和終端工作站數(shù)據(jù)恢復(fù)的原點。
(五)熱釋光劑量計(TLD)及全身計數(shù)器(WBC)工作站
分別用來測讀TLD熱釋光劑量計的數(shù)據(jù)和測量人體的內(nèi)照射劑量,并將測讀的信息自動錄入ARMS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中,同時提供錄入數(shù)據(jù)的調(diào)用查詢功能。
(六)電站輻射安全工程師工作站
提供兩個機組輻射監(jiān)測儀表運行數(shù)據(jù)的在線查詢;提供其它輻射監(jiān)測子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢。
五、 加強核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的建議
1、應(yīng)加強各級監(jiān)測站點建設(shè),各級各部門監(jiān)測機構(gòu)協(xié)同合作,實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。監(jiān)測站的設(shè)立應(yīng)更靈活、更有效。
2、應(yīng)強化監(jiān)測設(shè)備設(shè)施在極端條件下的可靠性以及數(shù)據(jù)傳輸能力。
3、應(yīng)加強移動監(jiān)測如車載移動實驗室、航空測量設(shè)備監(jiān)測力量建設(shè),針對各種現(xiàn)場環(huán)境(高空、海洋等)的測量系統(tǒng)改進是應(yīng)急輻射監(jiān)測的一個重要技術(shù)支持。
4、應(yīng)強化對監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)/信息公開的要求,實現(xiàn)輻射劑量率自動測量、數(shù)據(jù)實時傳輸和電子。
5、應(yīng)加強國際間輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)交換平臺和預(yù)警系統(tǒng)的作用,如防核武器擴散條約組織的全球監(jiān)測系統(tǒng)對于核應(yīng)急的監(jiān)測與預(yù)報具有重要意義,可以為我國監(jiān)測系統(tǒng)提供重要的補充。
6、應(yīng)加強無人/遠程控制監(jiān)測取樣設(shè)備監(jiān)測能力建設(shè),加強高空無人放射性測量系統(tǒng)、海洋連續(xù)放射性測量系統(tǒng)開發(fā)并投入使用。
六、 KRS系統(tǒng)監(jiān)督管理問題分析
1、KRS系統(tǒng)核安全監(jiān)督管理主要內(nèi)容
核安全監(jiān)督部門主要依據(jù)“運行技術(shù)規(guī)格書”及“安全相關(guān)系統(tǒng)定期試驗要求”對KRS系統(tǒng)進行監(jiān)督。
在各種運行狀態(tài)下,核安全監(jiān)督需要檢查KRS系統(tǒng)運行情況、定期對系統(tǒng)進行維護和檢查。具體的,關(guān)注KRS系統(tǒng)的運行情況,對監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)的故障缺陷,要及時了解并分析判斷是否影響其功能的實現(xiàn),并檢查運行部門是否按照要求記錄相應(yīng)設(shè)備不可運行。檢查KRS系統(tǒng)定期維護和檢查是否按照要求周期執(zhí)行,以及檢查結(jié)果是否符合標(biāo)準(zhǔn)。對不合格站點進行跟蹤,督促執(zhí)行部門及時處理故障缺陷,并及時重新執(zhí)行檢查。個別站點檢查不通過,故障缺陷暫時無法處理,導(dǎo)致系統(tǒng)不可運行,必須記錄相應(yīng)的設(shè)備不可運行事件,直到缺陷處理完成,重新檢查合格為止。
2、KRS系統(tǒng)核安全監(jiān)督管理需注意細節(jié)分析
在開展KRS系統(tǒng)相關(guān)試驗或維修工作以及核安全監(jiān)督管理過程中,對一些準(zhǔn)則、規(guī)定要求的理解把握可能會不太準(zhǔn)確,從而對核電廠運行、維修工作的開展造成一定影響,或?qū)穗姀S機組的安全水平構(gòu)成潛在影響。
對于KRS監(jiān)測系統(tǒng)可運行性的要求應(yīng)該包含取樣系統(tǒng)、探測傳感器部件、采集系統(tǒng)電氣箱、安裝在集成機柜上的集成處理插件以及主控報警等各個部件完好可用。對于帶有取樣回路的監(jiān)測通道,其取樣回路只包括被測流體取樣管路的小部分,即包括被測工藝流體的管路法蘭(或變徑管接頭)和返回管路法蘭(或變徑管接頭)之間的管道部分,而其它管道部分均屬工藝系統(tǒng)管道。
KRS系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生隨機故障后,其中部分設(shè)備故障信息記錄不太準(zhǔn)確或無法及時被發(fā)現(xiàn),通常會造成數(shù)據(jù)缺失并對后續(xù)工作計劃的安排產(chǎn)生影響。
七、 結(jié)束語
綜上所述,目前核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展迅速,核電廠需要關(guān)注的技術(shù)也很多,其中輻射監(jiān)測系統(tǒng)是必須要重點關(guān)注的一項內(nèi)容,核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢目前來說還是要加強高空和海洋連續(xù)放射性測量系統(tǒng)開發(fā)并加強整個KRS系統(tǒng)的監(jiān)督管理力度,使整個核電廠周邊范圍輻射監(jiān)測做到海路空范圍全面覆蓋,并使整個輻射監(jiān)測系統(tǒng)做到完善、穩(wěn)定和可靠。
參考文獻