核设施退役信息数据库的结构与功能设计

刘永阔，宋 怡，吴小天，刘 震

(哈尔滨工程大学 核安全与仿真技术国防重点学科实验室，黑龙江 哈尔滨 150001)

核设施在退役期间，反应堆中的核燃料、带有放射性的设备、部件和材料等将被移出反应堆或从反应堆及其系统上拆除并移出反应堆厂区，达到厂区开发不加限制利用的目的。核设施的退役过程应基于核设施的结构特点及辐射特性，其中许多工作是在不同的放射性环境下进行的，若工作中考虑不周，计划、管理、操作上有失误，都可能危及现场人员、环境与公众的安全，因此实现对退役数据进行有效管理，事先评估退役作业的安全性和可操作性尤为重要。

目前，国际上已有许多国家对核设施退役做了大量研究，并成功退役了一些核设施。如日本的一些研究性核设施包括核反应堆已经在日本原子能研究院的监管下成功退役，通过这些退役工程积累了很多有效的退役数据信息和退役经验，并将这些退役信息和研究经验进一步运用在日本动力示范堆(JPDR)、普贤商业核电站退役项目中[1-2]。韩国原子能研究院于1997年1月开始对KRR-1&2(韩国研究反应堆1&2)实施拆卸计划[3]，2001年8月开始退役数据库开发项目，该项目建立了基于KRR-1&2退役数据库概念数据模型，提出了退役数据库理论和退役数据分类标准[4]。意大利的Ansaldo核能部一直大力参与开发用于管理核退役项目中主要活动的高品质软件。其开发的IDMT(集成退役管理工具)提供一系列用户友好应用程序来管理退役工程[5]。

从国外的研究进展可看出，核设施退役过程中的人员情况、厂内设施状态、区域污染情况、拆除工作辐射数据以及产生的三废量等都是一些重要的数据，收集这些对退役活动高效、安全进行有影响的信息数据，掌握放射性物质盘存量和污染分布情况，是实现安全退役的有效保障。从20世纪90年代开始，我国一些核设施陆续进入安全关闭和退役阶段，核设施退役信息的管理和退役经验的积累，对核设施安全退役十分重要。本文拟建立针对反应堆退役工程的信息系统，结合数据库技术，事先对退役各阶段所产生的数据进行组织、存储和管理，以提升退役过程中的信息管理能力，更好地制定退役优化方案，优化退役过程，减少退役人员在拆除(毁)过程中所受的辐射剂量。

1 退役数据库总体结构设计

核设施退役数据库采用的是基于客户端/服务器(C/S)的三层结构：第1层为数据层；第2层为应用层；第3层为表示层。数据库的总体结构模型如图1所示。

图1 系统总体结构

数据层用于完成数据的存储和管理。分析退役各过程产生的数据时可将数据库数据层划分为设施数据库、员工档案数据库、物资工具数据库、放射性源项数据库、废物数据库及工作活动数据库。

应用层根据退役业务组织分工及业务流程中所涉及到的要素将数据库分为8个子系统：设施管理、员工管理、辐射监测管理、工作安排、物资工具子系统、废物管理、统计分析及系统维护子系统。

表示层提供了系统可视化接口，主要完成应用系统与用户以及应用系统与数据库管理系统的交互，实现对不同来源、不同格式数据的操作及质量控制。

2 退役数据库概念模型

数据是系统加工处理的对象，要设计好一个软件系统，需仔细分析数据，弄清数据的内容和特点。在系统的数据库设计中，首先收集并分析系统数据需求，以实体联系模型为工具建立数据概念模型，并将所设计的概念模型进一步转换为某一数据库管理软件可支持的物理结构模型，并在系统开发测试过程中反复优化数据库结构。

根据相关文献[1-8]将退役过程中产生的数据分为6大类：设备信息、员工信息、工具信息、放射性源项信息、作业活动信息、废物信息,如图2所示。结合用户的操作需求，各数据库所应包含的主要信息列于表1。

图2 退役数据分类图

由于退役数据种类多，涉及相关属性多样，本研究根据退役业务中数据的产生或使用场景、客户处理数据时可能关注的数据属性、退役领域问题分析数据的需求，将其抽象为信息结构，建立数据库概念模型。本系统用实体联系(entity-relationship，E-R)图描述数据概念模型，组织主要的数据形成实体、属性，确定实体间的联系，为搭建系统数据库奠定基础。

表1 用户需求的主要信息

2.1 厂区实物

退役工程初始，在安全关闭反应堆后,首先要对场区进行源项调查和场址特性调查，对场区内物品进行测量，按照不超过控制水平的污染物与超过控制水平物件分类、整备和标识。所整理的设备清单内容除要包含设备类型、质量、体积等实体信息外，还要包括设备存放位置、设备运行故障史、设备当下所处的状态，部分受放射性污染的元件或结构还需记录其放射性特性(如仪器测量所得的表面辐射剂量，采样分析得到各核素的百分含量，计算所得总活度等)。研究中建立的设备E-R图如图3所示。

图3 设备E-R图

2.2 退役活动

源项调查结束后，进入退役实施阶段。在该阶段先对标识的污染物件、污染地面、墙面进行去污，监测去污过程剂量。对去污后的污染物件测量剂量率，如仍未达管理目标值则再次去污并跟踪监测。如再次去污后剂量率仍无法达到管理目标值，则被测对象整体作为放射性废物处理。对污染的地面和墙面进行铲除，直至表面污染满足要求，取样测量重点污染房间的空气气溶胶活度浓度。研究中所建立的退役活动E-R图如图4所示。

图4 退役信息E-R图

2.3 退役废物

放射性废物如何处置首先需考虑国际、国家法规，其次是适用性和经济性。废物中存在的放射性物质类型和活度浓度是选择处置方法时应考虑的重要因素。各阶段产生的废物经过去污、清污、熔炼等措施，低于或达到解除审管控制的活度浓度限值时，即可按照一定的规则制度解控废物。

综上所述，建立废物数据库所需关注的问题有：1) 废物分类与跟踪；2) 设计退役废物分类管理的目标值；3) 废物包装体内放射性核素及其活度；4) 废物的来源、数量、类别、特征等；5) 废物容器参数选择；6) 废物清洁解控的标准；7) 运输工艺所要求的参数。由此建立的退役废物E-R图如图5所示。

图5 退役废物的E-R图

3 退役数据库的开发与功能设计

3.1 开发平台

以SQL Server 2005数据库为中心,采用C/S结构模式，基于Visual Studio 2010系统开发平台，使用面向对象编程语言C#3.0编写程序，进行退役信息数据库的结构开发与功能实现。

3.2 系统主要功能设计

图6 核设施退役信息数据库主界面

本文基于所搭建的数据库结构及系统设计模型，开发了某核设施退役数据信息数据库(DID)，主窗体如图6所示，可实现的主要功能如下。

1) 实现数据库数据的录入、删除、修改、查询、导出、打印等基本操作。

2) 实现设备编码并可对设备的具体位置、状态、辐射水平以及员工的个人资料(如工种类别、基本信息、活动信息等)进行数据管理，同时可设置各组织部门信息。

3) 划分工作区，管理工作区图纸、大小、位置等属性；以工作区为单位，管理工作区的放射源项信息，包括设备、墙面、地板等；管理工作区内气载放射性监测信息，实现在工作区图纸上标注放射性监测点并保存。

4) 实现对员工内外照射情况的记录和存档；制定不同类别员工个人剂量的约束值和参考水平；多项目查询历史剂量记录；统计不同范围员工的集体剂量。

5) 按《国家废物管理条例》对新废物进行分类存储和解控、运输登记。

6) 维护退役工具各项参数，管理工具领用记录和盘点工具库。

7) 实现对退役作业的事先安排，包括作业内容、作业人员、工具选用等作业项目的设置，并在作业后记录完成情况。

8) 在统计窗体中按照用户需要生成统计图形，且可选择不同的图形种类进行信息分析。

3.3 数据管理功能

1) 设备数据

图7为核设施退役信息管理库主窗体。图中“设备管理窗体”用于退役设备管理相关操作，设备数据维护人员可通过该模块掌握厂区内设备的位置、辐射情况、尺寸结构、维修历史等信息。在存储的过程中根据从设施的资料或场址调查获得的信息，在基本信息管理中将厂内实物按系统、结构类型、状态分类，如果确定设施的受污染状态，在辐射状态信息管理中可进一步将设施分为污染类、活化类及非污染类。

图7 核设施退役信息数据库主窗体

2) 辐射监测数据

图8 去污前源项监测窗体

工作区现场监测功能模块根据退役工程监测小组的工作流程及工作内容，可分为现场设施辐射监测和气载放射性监测。设施辐射监测又可分为去污前源项监测、去污中监测、去污后全面监测3个子模块。图8为去污前源项监测窗体，主要用来维护去污前源项调查时工作区内的放射性源项信息。选中某一工作区后，右表将列出位于该工作区的放射性源项清单，包括源项的位置、几何形状、放射性水平等，便于用户进一步估算该工作区的剂量水平和统计各工作区源项的分布及总放射性核素的沉积量。

图9为厂区划分工作区窗体。辐射监测数据管理人员可通过该窗体设置工作区编号，并将工作区的大小、位置及工作区地图等数据存入工作区数据库；记录不同去污阶段工作区内辐射源项情况及生成该区空气辐射监测日志，并在工作区图纸上标记监测点位置。

图9 工作区划分窗体

为保证员工辐射安全，该系统还可维护管理员工的内外照射测量相关数据，可查询个人剂量和统计集体剂量。

3) 废物数据

图10 固体废物管理窗体

废物管理模块按废物类型分为固体废物管理和液体废物管理，图10所示的固体废物管理模块用来实现维护固体废物信息和废物容器信息。核废物管理人员可通过该窗体将新废物按其物理特性及放射性进行分类，再将废物的来源、数量、质量、放射性核素含量、放射性水平及表面剂量率等信息存入数据库内，并为其选择废物容器。

对于达到解控标准的废物，可通过系统进行解控登记，解控废物。装有废物的废物容器需粘贴有放射性警告标签，标签上须注明内装物、放射性活度、物理状态、放射性比活度、运输指数(以0.01 mSv/h为单位表示的距任何易接近的包装物表面0.91 m处的最高辐射剂量率，并保留一位小数)。为此在废物装箱后，需将标签上需要的内容存入相关数据库，并可修改、删除、查询。

3.4 作业安排功能

作业计划人员可通过系统计划和总结单次工作任务。开始安排退役工作前，记录工作开始时间和工作内容，并为所要完成的工作选择所需的员工，选择完参加任务的员工后，在工具表中为员工选择所需要的工具。图11为历史作业查询窗体，用于记录作业完成情况及查询历史作业信息。工作完成后，作业人员可通过该窗体记录工作结束时间、工作结果和工作人员所受剂量情况，生成包含工作起止时间、工作内容、员工累积剂量及所产生的废物等信息的单次工作详情记录表，并保存到数据库中。

图11 历史作业查询窗体

3.5 统计功能

图12为各设备状态分布统计窗体。统计分析员通过图12所示窗体以图表的形式统计设备、废物、集体剂量和源项数据。该窗体可根据用户需要生成统计图表。在图的下方可选择统计图的x、y轴字段，假如选择设备污染情况分类作为x轴字段，设备数量作为y轴字段，系统将根据设备数据库中各类设备的数目进行统计并生成图形。图形选择框中可选择统计图形种类，有3种表现形式：线形图、饼状图、柱状图。图12中的统计结果表明数据库中的所有设备中有2台设备未拆除、5台设备已拆除、3台设备已处置、10台设备已去污、4台设备仍在运行状态。

图12 设备状态分布统计窗体

4 结论

本研究基于所建立的数据库概念模型，采用C/S结构模式，利用SQL Server 2005，C#3.0编程语言设计实现了核设施退役工程信息数据库。所开发的退役信息数据库实现了按退役工作分工管理退役设备、员工信息、工作区信息、放射性源项信息、废物信息、作业活动信息等数据，实现了对不同数据类型(图片、时间、辐射数据等)的录入、修改、删除、查询等操作，还具有强大的统计功能，统计出的数据可生成各类图形。为保障数据的安全性，系统还设置了用户口令及使用权限。

退役信息数据库的建立可为核设施退役过程提供数据支持平台，根据所提供的数据可更好地制定退役优化方案和优化退役过程，方便退役信息的管理，从而减少退役人员在退役工程中的工作量和工作时间，进而减少退役投资。

由于核设施退役在国内尚无可借鉴的案例，同时缺乏对实际情况的详细考察和研究，因此本研究中还有一些方面有待改进和进一步完善：

1) 核设施退役信息数据库管理系统流程复杂，标准和法规不完善，无法因地制宜地选择退役方法，造成系统稍显简单，特别是系统对场址的辐射监测和废物管理部分；

2) 本系统缺乏对拆除工艺、经费和法律法规的数据管理；

3) 本系统采用统一的数据录入格式，不同的数据属性侧重点与实际情况会有所出入。

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