核臨界環(huán)境輻射安全報警系統(tǒng)設(shè)計

1、概述

1.1、簡介

根據(jù)輻射防護三原則與國家標準的相關(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警，根據(jù)國家重點專項要求就清華大學核研院元件樓建設(shè)一套核臨界輻射安全報警系統(tǒng)，與此同時選配一系列輻射防護應急監(jiān)測儀器與實驗分析設(shè)備。

核臨界輻射安全報警系統(tǒng)通過計算機遠程集中監(jiān)測、監(jiān)視和監(jiān)控，完成對核研院元件樓的放射性實時監(jiān)控及環(huán)境輻射安全和核臨界輻射安全雙報警功能。

本系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機作為上位機，通過由雙絞線連接的RS-485通訊網(wǎng)絡，來實時采集安裝在現(xiàn)場的4臺RAM-I 在線輻射安全報警儀和12個輻射探頭，通過對采集數(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)場的劑量率信息。同時以雙報警的機制來控制系統(tǒng)的聲光報警，并實現(xiàn)輻射監(jiān)測與視頻聯(lián)動等功能。 

 1.2、設(shè)計的依據(jù)

1．中華人民共和國環(huán)境保護法（1989）
2．建設(shè)項目環(huán)境保護管理辦法（1986）
3．中華人民共和國放射性污染防治法（2003）
4．中華人民共和國職業(yè)病防治法（2001）
5．GB8999-88《電離輻射監(jiān)測質(zhì)量評價保證一般規(guī)定》
6．EJ348-89《鈾礦冶輻射防護設(shè)計規(guī)定》
7．HJ/T61-2001《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》
8．GB12379-90《環(huán)境核輻射監(jiān)測規(guī)定》
9．GB/T14583-93《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》
10．GB18871-2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》（替代GB8703-88輻射防護規(guī)定與GB4792-1984。
11．放射性同位素與射線裝置安全和防護條例（*第449號）

2、系統(tǒng)特點

2.1、監(jiān)測過程實現(xiàn)全自動遠程控制

    該監(jiān)測過程由工業(yè)計算機，智能化儀表和光電執(zhí)行部件構(gòu)成，全過程以工業(yè)計算機作為控制大腦，只需預先設(shè)置好合適的參數(shù)就能自動完成監(jiān)測過程的數(shù)據(jù)采集、聲光報警、高低雙閾值報警和視頻監(jiān)視聯(lián)動等功能。該系統(tǒng)的可靠性指標及自動化程度都接近或超過國內(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，同時具有微機全自動、人工手動二種操作工況，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臺監(jiān)控主機12個探頭完成對7個（不同位置、不同區(qū)域與不同功能區(qū)）輻射現(xiàn)場的監(jiān)測，該種設(shè)計*實現(xiàn)了輻射監(jiān)控的冗余設(shè)計，相對單主機多探頭的設(shè)計明顯的提供了輻射事故時準確報警的概率，大大提供了系統(tǒng)的可靠性。

2.4、操作簡便、實用性強 

控制軟件人機界面十分友好，所有的操作只需在一個控制面板上就可全部完成，簡單易用，實用性強。

2.5、技術(shù)先上的進性

輻射監(jiān)測量除全部實現(xiàn)數(shù)字遠程監(jiān)測外，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工業(yè)控制計算機組成。*臺計算機作為主要控制計算機，它通過帶高壓隔離的轉(zhuǎn)換器將，四臺RAM-I 在線輻射安全報警儀主機進行RS485組網(wǎng)，該計算機作為上位機，以通用的485通訊協(xié)議，向四臺RAM-I輻射報警儀主機輪詢采集數(shù)據(jù),并對相應的數(shù)據(jù)進行加工處理。系統(tǒng)中每臺RAM-I輻射報警儀主機接三個輻射探頭，對應每個探頭都配有相應的報警燈。當某路探頭輻射劑量率超標時，對應的報警燈、RAM-I主機和上位機程序均給出聲光報警，同時上位機將向另一臺視頻監(jiān)控用工控機發(fā)出對應的探*和房間號，使視頻監(jiān)控用主機上能馬上顯示該房間的視頻圖像。

系統(tǒng)中的 RAM-I主機和上位機程序均有兩個報警閾值，即環(huán)境輻射安全報警閾值（以下簡稱“環(huán)境閾值”）和核臨界輻射安全報警閾值（以下簡稱“核臨界閾值”）。兩報警閾值中核臨界閾值大于環(huán)境閾值。當某探頭的輻射劑量率超過環(huán)境閾值時，上位機監(jiān)控程序或RAM-I主機均給出聲光報警，監(jiān)控軟件上對應探頭的顏色為粉紅，此時工作人員可通過上位機或RAM-I主機上的操作按鈕消除報警，同時系統(tǒng)對應的探頭和主機的報警閾值自動更新為核臨界閾值。當輻射劑量率超過核臨界閾值時，系統(tǒng)再次報警，此時的報警已不能消除，監(jiān)控軟件對應探頭的顏色也變?yōu)檠t。

系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件，除具有數(shù)據(jù)采集功能外，還具有實時圖譜、聲、光報警，歷史數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析等功能。

第二臺計算機用于視頻監(jiān)視，實時監(jiān)視每個房間的具體情況。

4、功能模塊圖

4.1、輻射監(jiān)測

4.1.1、輻射安全報警監(jiān)控

該模塊是本軟件zui核心的模塊，其功能主要實現(xiàn)對四臺RAM-I主機的數(shù)據(jù)實時采集，將采集到的數(shù)據(jù)以文本框和圖譜的形式顯示出來，軟件的界面上有對應探頭的監(jiān)測數(shù)據(jù)，報警燈的狀態(tài)，報警喇叭的狀態(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間的測量數(shù)據(jù)，可雙擊對應探頭的文本框，軟件中將出現(xiàn)該探頭一段時間的實時采集圖譜。同時該模塊環(huán)境閾值與核臨界閾值的切換功能。

4.1.2、實時數(shù)據(jù)采集圖譜

4.1.3、與視頻聯(lián)動通訊

   當某一探頭發(fā)生報警時，需要在視頻監(jiān)視中跳出對應的房間視頻圖像。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，將相應的房間和探頭好發(fā)給視頻監(jiān)視主機。

當某一時刻有多個探頭同時報警時，本軟件只發(fā)送一個探頭信息，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、檢測設(shè)備管理

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

主機信息包括：主機號，主機型號，主機名稱等重要信息。

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

通過對以上信息的添加、修改和保存到數(shù)據(jù)庫。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)庫備份

4.2.4、數(shù)據(jù)庫還原

當系統(tǒng)出現(xiàn)災難性事故后，需要重新恢復原來的檢測數(shù)據(jù)，本功能就是用來還原以前備份好的數(shù)據(jù)庫，同樣該模塊只有一個操作按鈕，操作簡單。

4.2.5、壓縮和修復數(shù)據(jù)庫

4.2.6、程序日志

     當軟件運行過程中，軟件可能會出現(xiàn)一定的錯誤（行話稱之為Bug），另外RAM-I在線輻射安全報警儀也會出現(xiàn)探頭掉線的特殊情況。因此對于系統(tǒng)中不該出現(xiàn)的異常是有必要進行記錄的。

    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后及時的修正提供重要信息。

4.3、數(shù)據(jù)查詢與分析

4.3.1、當日檢測數(shù)據(jù)查詢

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

4.3.2、歷史檢測查詢

4.3.3、環(huán)境輻射安全報警統(tǒng)計

對系統(tǒng)運行一段時間后，每個探頭和房間出現(xiàn)過的環(huán)境輻射安全報警次數(shù)和時間進行統(tǒng)計。

4.3.4、臨界輻射安全報警統(tǒng)計

對系統(tǒng)運行一段時間后，每個探頭和工作間出現(xiàn)過的臨界輻射安全報警統(tǒng)計次數(shù)和時間進行統(tǒng)計。

4.4、系統(tǒng)設(shè)置

4.4.1、系統(tǒng)設(shè)置

對系統(tǒng)中需要的通訊端口進行設(shè)置。

主要設(shè)置 檢測數(shù)據(jù)采集用端口號和 視頻監(jiān)視聯(lián)動用通訊端口號。

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。                           

5、控制程序異常處理

6、運行環(huán)境

開發(fā)語言：Microsoft.Net  C#

操作系統(tǒng)：Windows XP

7、RAM-I 在線輻射安全報警系統(tǒng)介紹

7.1、在線輻射安全報警儀主機

RAM-I在線輻射安全報警儀是一種新型的xγ輻射連續(xù)監(jiān)測報警裝置，它采用特殊設(shè)計的前置放大電路，具有靈敏度高、操作方便、自動顯示、數(shù)據(jù)存儲和超閾報警等特點，能實時給出xγ輻射劑量率，也可作為在線輻射監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控與超閾安全報警，考慮到現(xiàn)場操作、應急快速響應與維護方便的需要，主機安裝在現(xiàn)場實現(xiàn)實時監(jiān)測與就地報警，通過RS485通訊實現(xiàn)總控制室自動監(jiān)控。

   它廣泛應用于放射性廢物庫、工業(yè)無損探傷、醫(yī)院γ刀治療、同位素應用、γ輻照、醫(yī)院X射線診斷、鈷治療、核電站等放射性場所，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)測報警裝置

特點:

1．掛壁式主控箱：安裝方便。

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

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

4．可外接多個探頭，zui多可接8個探頭

5．標準RS485接口：可將采集數(shù)據(jù)傳送給上位機。

6．日歷時鐘功能。

7. 工作電源：AC220V交流電源。

7.2、RAM-I型配套NaI閃爍體探頭

1、探測器：Φ30×25mm（NaI（TI）晶體）。

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

3、響應時間： 1S

4、測量誤差： ≤±15%

5、能量響應： 40Kev～3Mev

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

7.3、RAM-I型配套GM管探頭

1、探測器：金屬GM管

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

3、響應時間： 5S

4、測量誤差： ≤±30%

5、能量響應： 40Kev～1.5Mev

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

中國輻射防護研究院

：張文濤

（辦公室）：