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立足核技术创新 服务国家核安全——射线中心积极推进气载放射性监测技术
发布时间:2018-03-16 16:15

澳门射线应用研究中心成立于1987年,由国际原子能机构(IAEA)、国家科委资助建立,隶属于美高梅手机版登录,是澳门核技术产业示范基地,主要从事辐射消毒灭菌及分析检测、辐射防护材料、隔热降噪材料、辐射改性橡胶材料、核探测仪器仪表等方面的研发和生产。

近年来,射线中心核仪器仪表课题组积极开展辐射环境监测技术研究,在放射性气溶胶、碘、氡、惰性气体监测等领域形成了显著的研究特色和技术优势,先后获得院优秀科技成果奖、澳门科技进步奖、国防科学技术奖等奖项。特别是,针对环境因素干扰,研制出的抗高氡系列场所放射性气溶胶监测仪,已经获得广泛应用,为保障国家核设施安全做出了重要的贡献,并创造产值6000余万元。

核安全与放射性气体监测

核安全是国家安全的重要组成部分,是核能与核科学技术发展的前提和基础,关乎能源安全、环境安全、国防安全等,是国家安全体系的重要支柱,只有首先确保核辐射安全,才能保障核工业的可持续发展。

核工业生产或核试验过程中,会释放出气态和液态两种流出物,其中气态流出物包括气溶胶、碘、惰性气体、氚、碳14等,这些放射性物质经过大气扩散、沉降等运移方式到达地面,通过人们的饮食、呼吸作用,危害身体健康。

环境中气载放射性的监测是核安全监测中的一项重要内容,它对及时发现核设施异常泄漏、核事故应急和准备以及保护环境安全具有重要意义。其中钚、铯和碘是常见的主要核素,它们以气溶胶或气态的形式释放到环境中。尤其是钚气溶胶属极毒放射性核素,在人体中的允许沉积量仅为0.6μg,半排期为197年,如果工作人员或公众摄入了钚,在有生之年是难以排出的。放射性碘是环境生物链中的最关键核素,在环境中可通过“牧草-牛羊-奶”的途径进入体内。放射性惰性气体虽然毒性不强,但其排放量大,约占据气态排出核辐射剂量的99%,是重要的监测源项。

因此,研究环境中气载放射性的监测技术及监测设备,对保障核辐射安全和公众健康是十分重要的。然而,由于放射性气体监测具有核素浓度低、影响范围广、干扰因素多的特点,一直是辐射监测领域的难点。

不断突破创新  提高监测能力

2011年日本福岛核事故之后,射线中心与环保部核与辐射安全中心、清华大学,共同承担了国家重大科学仪器设备开发专项“环境中低水平放射性气溶胶、碘地面和航空监测装置”研究。依托专项,课题组研制EAM型环境气溶胶连续监测仪、EIM型环境碘连续监测仪,在样品采集、信号探测、处理算法、自动控制等方面都实现了一系列的突破和创新。

样品采集方面:设置入口预处理模块,在不改变粒度和组分情况下,将其温度和湿度控制在最佳的范围之内,以减小环境温湿度变化的影响,满足南方雨季湿度大、北方冬季温度低的使用需求。以澳门辐射新材料重点实验室为依托,研制的PVDF薄膜滤纸,表面收集特性优良,能将80%以上的气溶胶粒子收集在滤纸表面上。使α分辨能力大大优于国外和其它类型滤纸,能有效分辨α核素,可将天然RnTh子体对铀、钚的干扰降低至0.1%以下,提高了探测灵敏度。

信号探测方面:采用α、β、γ 组合探测装置,一机多用,一次测量同时给出铀、钚、铯、碘、β等多种气溶胶浓度。采用直径70mm大面积PIPS探测器,大幅提高探测效率;采用采样测量双工位设计,实现了同时采样和测量,缩短了监测周期,提高了监测效率;设计独特的井型活性炭盒取样,解决了碘探测效率无法准确标定的难题。

处理算法方面:采用能量甄别的假符合方法,不仅分析能量特征,同时兼顾级联衰变时序信息,降低环境氡钍子体的干扰,同时结合数字拟合方法优化测量谱线,准确获取核素信息,确保研究成果的探测下限显著优于欧盟对核电站环境监测规定的标准要求。

自动控制方面:详细分解部件控制流程,设置监测及应急机制,全过程状态监测扫描,并实现远程无线数据传输,可以在远程登录的方式及时发现并处理设备运行异常,确保仪器一个月无人值守连续稳定运行。

服务实际应用需求  推进成果产业化

20174月,射线中心承担的重大专项以优秀的成绩顺利通过了科技部验收,得到了与会专家的一致好评。项目虽告一段落,然而科学研究的目的不是做一台试验样机,将科研成果产业化,满足实际应用需求,切实解决核工业生产中的问题,保障国家核辐射安全才是研究的最终目标。

射线中心先后在北京、甘肃、吉林等地多次开展相关应用试验,不仅有效保障了辐射环境安全,也发现了实际应用中出现的问题及需求,不断通过优化结构布局,改进仪器性能指标,改善仪器外观,提高科研成果的产业化水平。课题组成员还通过担任全国核仪器仪表专业委员会委员、参加国家核仪器设备产业技术创新联盟、参加国际核工业展展览会、中国核学会学术交流会等形式积极了解国内外相关技术进展,展示研究成果。

射线中心积极探索国际合作方式,参加中——意科技合作创新周,与意大利CAEN企业签订合作意向协议,共同研发相关产品部件,逐步拓展国际市场。

保障国家核安全  任重而道远

201811日起,《中华人民共和国核安全法》开始正式实施。核辐射安全越来越引起人们的重视,其保障和实现需要相关技术、设备、人员的支撑。目前,射线中心以气载放射性气溶胶连续监测为技术核心,形成了核工业场所抗高氡监测仪器、环境级高精度监测仪器、车载式移动监测仪器等科研成果产品系列,打造了一支勇于钻研、不断进取的科研团队。

未来,射线中心将继续坚持走“以核为心,军民融合”的发展道路,围绕首都经济建设和装备发展需求,紧抓军民融合国家战略和建设北京全国科技创新中心等重要机遇,着力推进核检测仪器等科技创新与成果转化,为服务国家核安全作出新的贡献。

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