核临界环境辐射安全报警系统设计

1、概述

1.1、简介

根据辐射防护三原则与国家标准的相关要求，考虑人为操作失误、仪器设备意外事故等原因可能引发的放射性危害，以及核临界事故情况下的辐射安全报警，根据国家重点专项要求就清华大学核研院元件楼建设一套核临界辐射安全报警系统，与此同时选配一系列辐射防护应急监测仪器与实验分析设备。

核临界辐射安全报警系统通过计算机远程集中监测、监视和监控，完成对核研院元件楼的放射性实时监控及环境辐射安全和核临界辐射安全双报警功能。

本系统以工业控制计算机作为上位机，通过由双绞线连接的RS-485通讯网络，来实时采集安装在现场的4台RAM-I 在线辐射安全报警仪和12个辐射探头，通过对采集数据的加工处理，以数字和图形曲线的方式向管理人员呈现辐射现场的剂量率信息。同时以双报警的机制来控制系统的声光报警，并实现辐射监测与视频联动等功能。 

 1.2、设计的依据

1．中华人民共和国环境保护法（1989）
2．建设项目环境保护管理办法（1986）
3．中华人民共和国放射性污染防治法（2003）
4．中华人民共和国职业病防治法（2001）
5．GB8999-88《电离辐射监测质量评价保证一般规定》
6．EJ348-89《铀矿冶辐射防护设计规定》
7．HJ/T61-2001《辐射环境监测技术规范》
8．GB12379-90《环境核辐射监测规定》
9．GB/T14583-93《环境地表γ辐射剂量率测定规范》
10．GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（替代GB8703-88辐射防护规定与GB4792-1984。
11．放射性同位素与射线装置安全和防护条例（*第449号）

2、系统特点

2.1、监测过程实现全自动远程控制

    该监测过程由工业计算机，智能化仪表和光电执行部件构成，全过程以工业计算机作为控制大脑，只需预先设置好合适的参数就能自动完成监测过程的数据采集、声光报警、高低双阈值报警和视频监视联动等功能。该系统的可靠性指标及自动化程度都接近或超过国内外同类产品水平。 

 2.2、采用集中式控制系统结构

    与分布控制模式相比具有*的可靠性与并行处理能力，同时具有微机全自动、人工手动二种操作工况，各种工况可以任意切换，并且可以在各工况间传递数据，为用户提供了极大的灵活性。    

2.3、安全可靠

    系统采用4台监控主机12个探头完成对7个（不同位置、不同区域与不同功能区）辐射现场的监测，该种设计*实现了辐射监控的冗余设计，相对单主机多探头的设计明显的提供了辐射事故时准确报警的概率，大大提供了系统的可靠性。

2.4、操作简便、实用性强 

控制软件人机界面十分友好，所有的操作只需在一个控制面板上就可全部完成，简单易用，实用性强。

2.5、技术先上的进性

辐射监测量除全部实现数字远程监测外，在技术手段的选择上，使用 "Microsoft.net解决方案"、"C#"、"三层结构"和"面向对象" 等比较成熟而又有发展前途的*技术，保证整套系统在一定时期内的技术。

3、系统结构图

系统的控制核心主要由两台工业控制计算机组成。*台计算机作为主要控制计算机，它通过带高压隔离的转换器将，四台RAM-I 在线辐射安全报警仪主机进行RS485组网，该计算机作为上位机，以通用的485通讯协议，向四台RAM-I辐射报警仪主机轮询采集数据,并对相应的数据进行加工处理。系统中每台RAM-I辐射报警仪主机接三个辐射探头，对应每个探头都配有相应的报警灯。当某路探头辐射剂量率超标时，对应的报警灯、RAM-I主机和上位机程序均给出声光报警，同时上位机将向另一台视频监控用工控机发出对应的探*和房间号，使视频监控用主机上能马上显示该房间的视频图像。

系统中的 RAM-I主机和上位机程序均有两个报警阈值，即环境辐射安全报警阈值（以下简称“环境阈值”）和核临界辐射安全报警阈值（以下简称“核临界阈值”）。两报警阈值中核临界阈值大于环境阈值。当某探头的辐射剂量率超过环境阈值时，上位机监控程序或RAM-I主机均给出声光报警，监控软件上对应探头的颜色为粉红，此时工作人员可通过上位机或RAM-I主机上的操作按钮消除报警，同时系统对应的探头和主机的报警阈值自动更新为核临界阈值。当辐射剂量率超过核临界阈值时，系统再次报警，此时的报警已不能消除，监控软件对应探头的颜色也变为血红。

系统的上位机监控软件，除具有数据采集功能外，还具有实时图谱、声、光报警，历史数据查询、统计分析等功能。

第二台计算机用于视频监视，实时监视每个房间的具体情况。

4、功能模块图

4.1、辐射监测

4.1.1、辐射安全报警监控

该模块是本软件zui核心的模块，其功能主要实现对四台RAM-I主机的数据实时采集，将采集到的数据以文本框和图谱的形式显示出来，软件的界面上有对应探头的监测数据，报警灯的状态，报警喇叭的状态，并用颜色的深浅表示辐射剂量率水平，如果想查看某探头一段时间的测量数据，可双击对应探头的文本框，软件中将出现该探头一段时间的实时采集图谱。同时该模块环境阈值与核临界阈值的切换功能。

4.1.2、实时数据采集图谱

4.1.3、与视频联动通讯

   当某一探头发生报警时，需要在视频监视中跳出对应的房间视频图像。该功能模块主要通过RS232接口向视频监视发出通讯信号，将相应的房间和探头好发给视频监视主机。

当某一时刻有多个探头同时报警时，本软件只发送一个探头信息，以免，视频信息出现频繁乱跳的现象。

4.2、基础数据管理

4.2.1、检测设备管理

本模块用来设置与上位机程序通讯的RAM-I在线辐射安全报警仪的主机信息和探头信息。

主机信息包括：主机号，主机型号，主机名称等重要信息。

探头信息包括：探*（工作间号）、探头的类型，每个探头的环境阈值和核临界阈值，采用周期等信息。

通过对以上信息的添加、修改和保存到数据库。以提供给数据采集中使用。

4.2.2、用户管理

4.2.3、数据库备份

4.2.4、数据库还原

当系统出现灾难性事故后，需要重新恢复原来的检测数据，本功能就是用来还原以前备份好的数据库，同样该模块只有一个操作按钮，操作简单。

4.2.5、压缩和修复数据库

4.2.6、程序日志

     当软件运行过程中，软件可能会出现一定的错误（行话称之为Bug），另外RAM-I在线辐射安全报警仪也会出现探头掉线的特殊情况。因此对于系统中不该出现的异常是有必要进行记录的。

    本功能模块主要用来记录以上程序异常，为程序的完善和出错后及时的修正提供重要信息。

4.3、数据查询与分析

4.3.1、当日检测数据查询

本模块用来查询当日监测系统所采集到的全部数据。

4.3.2、历史检测查询

4.3.3、环境辐射安全报警统计

对系统运行一段时间后，每个探头和房间出现过的环境辐射安全报警次数和时间进行统计。

4.3.4、临界辐射安全报警统计

对系统运行一段时间后，每个探头和工作间出现过的临界辐射安全报警统计次数和时间进行统计。

4.4、系统设置

4.4.1、系统设置

对系统中需要的通讯端口进行设置。

主要设置 检测数据采集用端口号和 视频监视联动用通讯端口号。

4.5、窗口与帮助

4.5.1、窗口排列控制

4.5.2、帮助

本功能用来提供软件的在线电子使用手册。                           

5、控制程序异常处理

6、运行环境

开发语言：Microsoft.Net  C#

操作系统：Windows XP

7、RAM-I 在线辐射安全报警系统介绍

7.1、在线辐射安全报警仪主机

RAM-I在线辐射安全报警仪是一种新型的xγ辐射连续监测报警装置，它采用特殊设计的前置放大电路，具有灵敏度高、操作方便、自动显示、数据存储和超阈报警等特点，能实时给出xγ辐射剂量率，也可作为在线辐射监测系统实现实时监控与超阈安全报警，考虑到现场操作、应急快速响应与维护方便的需要，主机安装在现场实现实时监测与就地报警，通过RS485通讯实现总控制室自动监控。

   它广泛应用于放射性废物库、工业无损探伤、医院γ刀治疗、同位素应用、γ辐照、医院X射线诊断、钴治疗、核电站等放射性场所，提醒工作人员就放射源或射线装置已处于工作或泄漏状态，使其免受辐射危害。

                RAM-I在线就地监测报警装置

特点:

1．挂壁式主控箱：安装方便。

2．智能化设计：微电脑控制，点阵式液晶显示，中文状态条提示操作及状态。

3．报警阈值：低值、高值、故障（失效）三种报警，报警阈值在测量范围内可任意设置

4．可外接多个探头，zui多可接8个探头

5．标准RS485接口：可将采集数据传送给上位机。

6．日历时钟功能。

7. 工作电源：AC220V交流电源。

7.2、RAM-I型配套NaI闪烁体探头

1、探测器：Φ30×25mm（NaI（TI）晶体）。

2、测量范围： 0. 01μGy/h～350μGy/h  ；zui大过载剂量率 600μGy/h

3、响应时间： 1S

4、测量误差： ≤±15%

5、能量响应： 40Kev～3Mev

6、使用环境：温度-10℃～+50℃、相对湿度（在40℃温度下） ≤98％

7.3、RAM-I型配套GM管探头

1、探测器：金属GM管

2、测量范围： 0. 01μGy/h～1000μGy/h  ；zui大过载剂量率 10mGy/h

3、响应时间： 5S

4、测量误差： ≤±30%

5、能量响应： 40Kev～1.5Mev

6、使用环境：温度-10℃～+50℃、相对湿度（在40℃温度下） ≤98％

中国辐射防护研究院

：张文涛

（办公室）：