口岸通道式放射性检测系统报警等级设置方法的思考

齐飞 徐涛 周一鸣 马云杰

洋山出入境检验检疫局上海200135

1 前言

通道式放射性检测系统是用于探测在物体中含有的、集装箱或车辆中装载的或行人携带的放射性物质或特殊核材料(SNM)的设备。当带有这些物质的被检物体或人员通过探测区域(动态模式)或者停留在探测区域内(静态模式)被系统探测到时，检测系统会发出报警。报警阈值设置的不同，将直接影响放射性检测的效率和效果，本文将围绕通道式放射性检测系统报警等级划分的设置方法开展研究。

1 常用通道式放射性检测系统

1.1 通道式放射性检测系统的原理

放射性物质会放出伽马射线或中子，或者二者同时放出。

伽马射线入射到伽马探测器会损失能量，这部分能量被变换为电脉冲信号输出，该电脉冲信号经过数据采集与处理系统将被记录下来，单位时间内记录的脉冲数就叫做计数率。

能够引起这种计数的射线粒子除放射性物质的泄漏射线外，还有由于宇宙射线连续不断地轰击大气和环境中的天然放射性的存在引起的计数。我们将除放射性物质发出的射线以外的其他粒子引起的计数率叫做本底计数率，而由放射性物质的泄漏射线引起的计数率叫做源计数率。两者之和为总计数率。

通道式放射性检测系统可根据伽马射线的本底计数率和本底计数率定量变化，采用特别的运算方法得到报警计数率阈值，若超过阈值则触发报警。当中子入射到中子探测器后，会与内部的3He气体发生反应，通过收集反应的产物从而形成电脉冲信号，检测系统同样可根据中子的本底计数率和本底计数率定量变化，采用特别的运算方法得到报警计数率阈值，若超过阈值则触发报警。

1.2 通道式放射性检测系统的使用概况

由于通道式放射性检测仪检测时只需被测货物或人低于一定速度通过探测器即可，非常符合现代物流的要求。其探测元件面积大，较之便携式仪器来说，更为敏感，定性能力更强。但是由于其探测元件是固定式的，无法贴近货物进行检测，再加上集装箱的屏蔽等因素，其检测结果的精确性相对较差，更适合用于初步筛选放射性异常的货物。在实际工作中，通道式放射性检测系统通常作为放射性检测的初筛仪器，应用在不同的检测场合，一般用来对以下几类情况进行检测:车辆、行人、货包和快件。其主要设置在车辆、行人、货包和快件必经的通道上，也有部分由于场地等原因，设置在指定的、需集中进行放射性检测的场所。

图1 双侧探测立柱系统探测区域与设备布置示意图

1.3 通道式放射性检测系统报警级别的设置

通道式放射性检测系统的报警级别一般分为高级、中级和低级，通过设置报警阈值触发不同的报警等级。合理划分报警等级，可以提高报警事件的后续处置的效率，降低执法成本，加快通关速度。

然而，由于目前通道式放射性检测系统的报警级别设置主要由设备供应商预设，不同的仪器设备供应商预设的报警阈值不同。有的按照本底计数率倍数设置报警阈值、有的按照计数率(cps)设置报警阈值、也有的按照按本底值计数率的标准偏差(σ)的倍数来设置报警阈值。

不同的报警阈值设置，会导致初筛报警触发的条件不一致。一般而言，报警阈值设置过低，可能导致假阳性误报警率明显提高，导致原本放射性合格的货物被截留进行复检，不但增加了检验检验人员的工作量，同时影响原本运行正常的物流；报警阈值设置过高，可能会导致假阴性率提高，会产生放行放射性超标货物的可能。

通过实际测试，我们认为按照本底计数率的标准偏差(σ)的倍数来设置报警阈值相对其他两种方式更科学。同时，在按照按本底计数率的标准偏差(σ)的倍数来设置报警阈值的基础上，还应结合历史拟合数据的分析，从而使仪器设备给出相对更科学的智能化报警。

1.4 报警阈值设置原理

任何环境都存在γ本底，而且这些本底会随时间不断变化，也就是说在检测过程中，检测数值是包含不断变化的本底的。但是本底测量的统计涨落服从一定的统计规律，可以通过选择适当的报警阈值，报警放射性物质的存在。报警阈值的设置见式(1):

式中:Y—报警阈值；

bkg—为本底平均计数率；

N—置信系数，可根据监测要求和监测环境来选定(图2)。

图2 报警阈值设置图示

2 现有报警等级的划分

2.1 报警等级划分的方法

一般通道式放射性检测仪报警阈值的设置是按本底的标准偏差(σ)的倍数N来设置。放射性测量的统计涨落近似于服从正态分布，本底计数率的示值范围99%以上的可能性是在平均本底计数率±3σ的区间之内，一旦读数超过平均本底计数率+3σ，就意味着存在外来的放射性物质引起计数增加[1]。N选得越高，误报警率越低，灵敏度也越低；反之，检测灵敏度高，误报警率也高。

以同方威视的RM2000-II通道式放射性检测仪为例，仪器出厂的默认设定为低级报警5倍σ，中级报警8倍σ，高级报警10倍σ。仪器使用人员一般不对参数进行修改。

2.2 划分方法的不足

2.2.1 误报警率与灵敏度

虽然理论上探测器本底计数率3倍的标准差表示其置信概率达到99%以上，但是在口岸24 h全天候工作环境下，对环境本底及监测货物的实时监测将受到诸如天气、环境温湿度、机械振动和电磁干扰等多种因素的影响，将引起计数率的波动明显增大，对测量结果的不确定度的贡献也将大大增加[2]。如在下雨天气，本底计数率水平就较平日高，货物通过检测仪时更易触发报警阈值，从而发生误报警。通过调整σ的倍数可以有效降低误报警率，但是需要牺牲灵敏度，降低检出率，因而如何平衡误报警率和检出率是关键。

2.2.2 报警等级意义不明确

根据《口岸核生化有害因子监测技术方案(第二版)》的要求，发现γ值≥1 μSv/h的物质，或α值≥0.04 Bq/cm2或β值≥0.4 Bq/cm2的物质，或检出中子的，判定为放射性超标。通道式检测设备是以计数率为检测值，与γ值、α值及β值都无对应关系，不能确定货物放射性强度和活度，不能确定货物是否放射性超标，不能判断报警事件的严重程度。对口岸放射性监测工作来说，目前仪器的高级、中级、低级报警，其报警等级的划分意义不明确，检验人员不能了解3种不同报警等级在实际放射性水平上的区别，也无法根据不同等级作出不同的处置措施。在操作中，无论何种等级的报警事件，都是采取基本相同的处置措施，即落箱隔离并使用便携式检测仪进行检测，再根据检测结果进行后续处置，因而报警等级对实际工作缺少指导意义。实际案例中，高级报警不意味放射性超标，而中级低级报警也检出过放射性超标案例。

3 报警等级划分改良方法

不同报警等级起到不同的警示作用，应当对应不同的处置措施，便于监测人员实际操作。高级报警的货物应当隔离查验，中级、低级报警的货物可以简单排查记录核对信息后放行。不同报警等级可采用不同形式的声光报警以警示卡口工作人员。

3.1 拟合历史监测数据

对通过通道式放射性检测仪发生报警的集装箱，使用便携式放射性检测仪对集装箱表面进行巡测，得到本底值及集装箱外10 cm最高剂量率，同时记录通道式放射性检测仪测得的本底计数率及集装箱最高监测值。将集装箱外10 cm最高剂量率扣除本底值得到箱外10 cm最高净剂量率，将集装箱最高监测值扣除本底计数率得到通道式监测系统最高净计数率。收集洋山口岸通道式放射性检测仪检出的报警事件，分别计算得到箱外10 cm最高净剂量率、通道式检测系统最高净计数率及本底计数率方差，并计算方差倍数N=通道式监测系统最高净计数率/本底计数率方差(表1)。

表1 箱外10 cm最高净剂量率与方差倍数N

将上述数据进行拟合(图3)，得到拟合曲线式(2)。

式中:Y—箱外10cm最高净剂量率，μSv/h；

N—本底计数率的方差的倍数。

根据《口岸核生化有害因子监测技术方案(第二版)》放射性超标的判定依据γ值≥1 μSv/h，代入上述公式计算得到N=147.35。因而通道式放射性检测仪的高级报警阈值N可设置为147。

根据计算结果，同时考虑到拟合本身的不确定度，以及在工作中需要保证触发报警，所以在实际使用中，将通道式仪的高级报警阈值设置降低为130。在该设置下，检出一批铸模用添加剂触发高级报警。使用便携式放射性检测仪对集装箱箱表进行巡测，测得γ最高值为1.52 μSv/h。结果表明，通过历史数据拟合的方法可以提高有效报警率，其得到的高级报警事件与口岸放射性超标标准较为接近，但是报警阈值的精确度仍然有一定程度的偏差。

图3 最高净剂量率与方差倍数的拟合曲线

3.2 基于系统信息化的报警分级方法

目前洋山口岸数台通道式放射性检测仪都是单兵作战，互不关联，单条检测记录也只包含箱号等简单信息，报警后续排查还需投入大量人力，监测效果和效率大打折扣。为实现通道式放射性监测系统的信息化，已计划将洋山口岸的检测设备组成局域网，实现数据共享，集中管理，并能通过港区系统获取到货物名称、原产国等信息，能在报警后帮助快速排查。在信息化基础上，能够将各台检测设备的检测数据集中到一个数据库中，由于能够从港区系统获取品名、HS编码等信息，不同货物将对应一个历史检测计数率数值范围，进一步根据天气情况的不同，可以细分为不同的数据域。一般情况下，认为货物的检测值应落在数据域中。

在此基础上，报警阈值的设置不变，先通过3σ进行筛查，若触发报警，再比对数据域，比如化肥，检测值在数据域内的，为中低级报警，超出的为高级报警，排查后放行的，对数据域自动进行修改，下次再检测到相同数值的，就可自动判定为中低级报警了。

3.3 基于系统智能化的报警分级方法

随着洋山四期的建设，通道式放射性监测系统除了信息化建设的需求，还需要进行智能化建设。让监测系统能够自我学习，智能预判。

以信息化为基础，建立智能比对数据库，其中包括货物名称，HS编码，收货人，发货人，来源国，历史检测数据等数据。根据货物属性及其他数据积累，由系统自我判断货物的放射性风险等级。简单的规则如下:

(1)检出中子的，为高级报警。

(2)有核素识别功能的，检出人工核素的都作为高级报警。

(3)存在天然放射性的货物，如化肥，锆矿等，即使触发报警阈值，也可自动作为正常放行；而不应检出放射性异常的，如服装、水杯等，即使触发的是中级、低级报警，也自动调整为高级。

(4)对于放射性异常经过排查放行的货物，以后再检出异常报警的，若是品名、发货人、收货人等信息相同，可自动作为正常放行。

所有经系统智能预判进行报警等级调整的，都应自动保留调整记录及调整原因。

4 结论

通道式放射性检测设备报警等级分为高级、中级和低级3种，其等级的划分应对检测人员给出明确的意义，对检测工作有指导意义，使得检测人员能够根据不同报警等级作不同的处置。根据检测系统信息化智能化水平的不同，可以设计不同的等级划分的方法，以提高检测系统的检出率，降低误报警率，提升工作效率，加快物流速度。而检测系统自我学习，智能预判功能的实现，将大大提升其实用性、功能性和竞争力。