Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động

Việc quản lý nguồn phóng xạ đã được nhiều quốc gia cũng như cơ quan Liên Hợp Quốc quan tâm phát triển trong những năm gần đây và đã có những hệ thống hoạt động hiệu quả như của Hoa Kỳ và Hàn Quốc. Bằng kinh nghiệm thực tế và khả năng về công nghệ, Viện Hóa học - Môi trường quân sự đã thực hiện thiết kế và chế thử thành công hệ thống giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động. Bộ sản phẩm gồm phần mềm và phần cứng đã được trình diễn thành công theo yêu cầu của Cục ATBXHN, Bộ KHCN vào tháng 1 năm 2015.

NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT AN NINH NGUỒN PHĨNG XẠ DI ĐỘNG Ths Đinh Tiến Hùng Viện Hóa học - Mơi trường qn sự, BTL Hóa Học Số 282, Lạc Long Quân, Tây Hồ, Hà Nội Email: dinhtienhungnbc@gmail.com Tóm tắt: Trên giới nước, từ nhiều năm qua, thiết bị chứa nguồn phóng xạ sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực quan trọng đời sống thực đem lại nhiều lợi ích thiết thực Bên cạnh lợi ích đạt được, thiết bị tiềm ẩn nhiều nguy đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe người, môi trường an ninh xã hội không sử dụng quản lý tốt chất nguồn phát phóng xạ mối lo ngại cộng đồng Việc quản lý nguồn phóng xạ nhiều quốc gia quan Liên Hợp Quốc quan tâm phát triển năm gần có hệ thống hoạt động hiệu Hoa Kỳ Hàn Quốc Bằng kinh nghiệm thực tế khả công nghệ, Viện Hóa học - Mơi trường qn thực thiết kế chế thử thành công hệ thống giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động Bộ sản phẩm gồm phần mềm phần cứng trình diễn thành công theo yêu cầu Cục ATBXHN, Bộ KHCN vào tháng năm 2015 Từ khóa: Nguồn phóng xạ di động, GPS, Cell ID, sở hạ tầng Abstract: For many years, high-level radiological sources have been intensively and extensively used in various commercial and civil applications in many countries around the world including Vietnam which has brought back many practical benefits for the society Besides the clearly-seen advantages, improperly used and managed radioactive sources can pose significant health, environmental and security risks due to the nature of radiation and community concerns In recent years, the management of seald sources has gathered a lot of interests and demands for technological development from many countries in the world including the U.N There have been several effective systems deployed in practice such as RADLOT of South Korea and RadStraM of the U.S With many years of experience in developing practical systems, Institute of Military Chemistry and Environment – Ministry of Defence has successfully designed and produced a system for monitoring and managing mobile sealed radioactive sources The demo version of the system was tested and approved by Vietnam Agency for Radiation and Nuclear Safety in January, 2015 Keywords: Mobile sealed radioactive sources, GPS, Cell ID, infrastructure I MỞ ĐẦU Từ nhiều năm qua, thiết bị nguồn xạ ion (nguồn phóng xạ) sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực quan trọng đời sống đo kiểm chất lượng sản phẩm, kiểm soát hàng xuất nhập khẩu, y tế, thăm dò khai thác khống sản, sản xuất xây dựng dân dụng … Tuy vậy, việc sử dụng rộng rãi nguồn xạ bên cạnh lợi ích thiết thực bao gồm rủi ro tiểm ẩn dẫn tới nhiều hậu nghiêm trọng Việc sử dụng, bảo quản, quản lý thiết bị chứa nguồn phóng xạ khơng tốt gây cố rò rỉ xạ môi trường xung quanh cách khách quan chủ quan bị lợi dụng cho hoạt động công khủng NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN bố, đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe người, môi trường tự nhiên an ninh xã hội [4] Cụ thể hơn, việc phát xạ ion bao gồm hạt alpha, beta gamma liều lượng đủ phá hủy tế bào cấu tạo nên quan, phận thể người động vật, dẫn tới ảnh hưởng nghiêm trọng lên sức khỏe người gây bệnh ung thư Ở mức độ gián tiếp, nguy nhiễm phóng xạ tạo mối lo ngại cộng đồng dân cư ảnh hưởng đến quan làm luật từ gây cản trở cho phát triển cơng nghệ Ngồi ra, chi phí cho việc xử lý mơi trường, điều động lực lượng chức tham gia vào trình di dời cộng đồng dân cư chi phí y tế liên quan lớn có cố xảy Hiện nay, quốc gia giới quan tâm đến vấn đề quản lý nguồn phóng xạ thương mại dân dụng nhằm giảm thiểu nguy nói đồng thời đảm bảo lợi ích thiết thực mà công nghệ hạt nhân mang lại cho người Theo báo cáo Ủy Ban Pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ (Nuclear Regulatory Commission - NRC) hàng năm giới có tới 300 nguồn phóng xạ có niêm phong bị gây nguy môi trường, sức khỏe người đặc biệt bị lợi dụng cho hoạt động cơng khủng bố [5] Trước tình hình đó, Ủy Ban Bảo Vệ Mơi Trường (EPA) Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ (DOE) xúc tiến tìm kiếm giải pháp công nghệ nhằm giám sát quản lý nguồn xạ cách hữu hiệu thông qua việc phát triển hệ thống Giám Sát Quản Lý Nguồn Bức Xạ (RadStraM) nước Ngoài Hoa Kỳ, Cơ quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) quan tâm tới vấn đề hợp tác với nhiều quốc gia Hàn Quốc để triển khai thử nghiệm chương trình quản lý nguồn phóng xạ dùng cơng nghiệp dân dụng Thơng cáo báo chí Hội Nghị Thượng Đỉnh An Ninh Hạt Nhân năm 2012 Seoul, Hàn Quốc khẳng định hiệu hệ thống đồng thời hứa hẹn cung cấp thí điểm cho Việt Nam nhằm tăng cường an ninh hạt nhân cho nước ta tạo tiền đề để triển khai hệ thống cho nhiều quốc gia khác [6] Đến năm 2013, hệ thống RADLOT Hàn Quốc sử dụng toàn lãnh thổ Hàn Quốc quản lý hiệu tới hàng ngàn thiết bị [7] Theo thống kê Việt Nam có tới gần 1000 sở hoạt động sử dụng tới 6000 nguồn phóng xạ [báo cáo quản lý thông qua hệ thống RAISVN] Đối với nguồn phóng xạ mức B (nguồn phóng xạ tập hợp nguồn phóng xạ có tỷ số hoạt độ phóng xạ lớn 10 nhỏ 1000 Ci) nước có 56 sở với khoảng 600 nguồn chủ yếu sử dụng công nghiệp NDT thăm dò giếng khoan với loại nguồn như: Ir-192, Co60, Cs-137, Se-75 [1] Các nguồn thuộc nhóm có nguy an tồn cao lý như: di chuyển liên tục, hoạt động nhiều điều kiện khác (các công trường, nhà máy), kẹt nguồn vận hành, nhận thức người vận hành chưa đầy đủ an ninh trộm cắp,… Bằng kinh nghiệm thực tế khả công nghệ nước, việc xây dựng, phát triển hệ thống quản lý nguồn phóng xạ quy mơ lớn, với tính tương đương nước (RADLOT) đồng thời phù hợp với điều kiện Việt Nam hoàn toàn khả thi Ngoài ra, sản phẩm nước có ưu giá thành sản xuất khả tùy biến, nâng cấp phát triển mở rộng Hơn nữa, hệ thống không giúp quan quản lý theo sát thiết bị nguồn mà có khả 2-trong-1, tức đồng thời giúp chủ sở sử dụng nguồn chủ động theo dõi quản lý thiết bị Năm 2014, đồng ý Cục ATBXHN, thời gian ngắn Viện Hóa học - Mơi trường quân triển khai nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công hệ thống quản lý giám sát nguồn phóng xạ di động RSTM-1 Thiết bị đầu cuối gắn projector chứa nguồn phóng xạ phần mềm quản lý đạt tiêu chí tốn giám sát an ninh nguồn phóng NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN xạ di động, hệ thống thử nghiệm thành công qua server giả lập Bằng chứng vào ngày 14 tháng năm 2015, Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, Viện HHMTQS đơn vị số quan Cục mời tham gia thiết kế hệ thống trình diễn thành cơng sản phẩm phần mềm mẫu đợt II NỘI DUNG II.1 Yêu cầu thiết kế tổng thể Bài toán thiết kế hệ thống quản lý giám sát nguồn phóng xạ di động phải đạt yêu cầu kỹ thuật như: Hệ thống hoạt động phù hợp với điều kiện môi trường tảng hạ tầng kỹ thuật Việt Nam, chủ động hồn tồn cơng nghệ chế tạo, bảo dưỡng, thay bảo mật thông tin, hệ thống phải chuẩn hóa thiết kế, đồng vận hành hướng tới người sử dụng cuối (End-user), trang bị hệ thống sở vận hành nguồn phóng xạ quan quản lý có lợi Trên hình mơ hình thiết kế tổng quan hệ thống quản lý giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động Trong đó, định vị theo dõi nguồn xạ theo hai phương pháp GPS Cell ID Công nghệ Cell ID công nghệ mới, sử dụng trạm Base Station mạng di động để định vị Ưu điểm định vị Cell ID sử dụng mơi trường khơng có GPS Nhưng nhược điểm sai số lớn (bản miễn phí), phụ thuộc vào hạ tầng nhà mạng (số trạm Base) thông tin nhà mạng cung cấp Hình Sơ đồ tổng quát hệ thống II.2 Thiết kế thiết bị đầu cuối Vấn đề quan trọng thiết kế chế tạo thiết bị đầu cuối thiết kế khí khơng làm ảnh hưởng tới công vận hành Projector Qua q trình triển khai nghiên cứu, nhóm thực bước đầu tạo thiết kế phù hợp với kiểu Projector M880, thiết bị đầu cuối có thiết kế mở để có thể dùng cho nhiều loại Projector khác mà không cần thay đổi thiết kế thơng qua cấu đai khóa chủ động Với thiết kế vỏ mẫu sử dụng nhựa Poly-Carbonate có điều biến nên vỏ có độ bền cao, chịu va đập, phù hợp cho hoạt động điều kiện môi trường khắc nghiệt, chống nước, hoạt động tốt mơi trường phóng xạ NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN liều cao Đai bảo vệ thiết kế từ vật liệu thép cứng boron Thiết bị đầu cuối tháo lắp chế đặc biệt (được bảo vệ theo chế “chiều sâu”) kết hợp phương pháp: Khóa khí đặc chủng, báo động tháo lắp khơng phép sử dụng vít siết đặc biệt Trên hình sơ đồ khối thiết bị đầu cuối hình thiết kế thiết bị đầu cuối Các thơng số đặc tính kỹ thuật thiết bị đầu cuối nêu bảng Antena GPS + GSM Charger Khối báo động thị Detector Microcontroller SIM908 STM8-20pin Lion batterry Hình Sơ đồ khối thiết bị đầu cuối Hình 3.Thiết kế khí thiết bị đầu cuối Bảng Các thơng số kỹ thuật thiết bị đầu cuối Danh mục Đặc tính kỹ thuật Kích thước (mm) 157 x 70 x 23 Trọng lượng Thân thiết bị (gam) 290 Vibration sensor NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN Đai bảo vệ (gam) 120 Tần số phát GSM 850, EGSM 900, DCS 1800, PCS 1900 SMS MT, MO, CB, Text PDU mode Kiểu nhận 42-channel, GPS L1 C/A code Độ xác Vị trí theo phương ngang < 2.5 m CEP Dung lượng 6500 mAh; dung lượng/cm3 lớn Thời gian hoạt động - 24 ngày điều kiện chiếu chụp liên tục (ngày làm việc giờ) GSM/GPRS GPS Nguồn nuôi - Chế độ lưu kho: lên đến tháng Antenna GSM/GPRS/GPS Khả chống nước Lớn với độ sâu m Khả đo suất liều 0,01 µSv/h - 100 mSv/h* (*): Dải đo phù hợp để đo suất liều bề mặt projector M 880 [2] II.3 Hệ thống trung tâm Trên hệ thống trung tâm, sở liệu xây dựng chi tiết để quản lý thiết bị đầu cuối truy xuất liệu như: tên thiết bị, đơn vị sở hữu, vị trí nguồn theo thời gian thực, suất liều bề mặt (dose rate monitoring), dung lượng nguồn nuôi, phân loại cố Cơ sở liệu trơn toàn TB lưu trữ Trung Tâm, thông tin chia sẻ cho cấp địa phương sở qua xử lý phần mềm thuận tiện cho phần mềm tra cứu đảm bảo tính bảo mật cao Quản lý thông qua định dạng web truy cập username password cho cấp người dùng khác Cơ chế phân quyền: - Cấp trung ương: (Cục ATBXHN) cấp cao nhất, có tồn quyền theo dõi, quản lý cấp lệnh cho thiết bị đầu cuối; - Cấp Tỉnh (địa phương): Theo dõi thơng tin thiết bị đầu cuối có sẵn địa bàn nguồn phóng xạ đến, khỏi vùng địa lý thuộc thẩm quyền quản lý Ví dụ: nhận cảnh báo có nguồn phóng xạ đến khỏi địa phương; - Cấp sở (sở hữu nguồn phóng xạ): Có thể theo dõi nguồn phóng xạ thuộc sở hữu Nhận cảnh báo liên quan Tận dụng tiện ích kèm theo phần mềm để quản lý thiết bị mình; -Cơ sở theo dõi suất liều bề mặt nguồn phóng xạ nhận cảnh báo gần hết nguồn phóng xạ phân rã gần hết để có kế hoạch nạp lại, tái sử dụng; NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN - Quản lý nguồn phóng xạ theo điểm đến làm việc, vùng địa lý … Nếu nguồn phóng xạ ngồi địa điểm cài đặt trước có cảnh báo; - Truy xuất thơng tin nguồn phóng xạ theo định dạng văn báo cáo tiện lợi, dễ sử dụng Cơ chế bảo mật thông tin nhóm phát triển đặc biệt ý q trình nghiên cứu thiết kế hệ thống, thông tin truyền Trung Tâm mã hóa theo tiêu chuẩn quốc tế dựa dạng mã giả ngẫu nhiên (Pseudo-Random Code) Chìa khóa mã hóa giải mã sinh ngẫu nhiên theo thời gian cho thiết bị Khơng cá nhân biết chìa khóa này, kể người phát triển hệ thống Mã hóa thơng tin sau mã hóa có dạng chuỗi tín hiệu gần ngẫu nhiên Thông tin giải mã thơng qua chuỗi tín hiệu ngẫu nhiên sau giải mã trở lại dạng đơn giản Mã giả ngẫu nhiên có tính hiệu cao, khó giải mã, khơng tiêu tốn nhiều tài nguyên phần cứng lượng Trên hình hình sơ đồ mã hóa giải mã chế bảo mật thơng tin Hình Cơ chế mã hóa thơng tin Hình Cơ chế giải mã thông tin Phần mềm phát triển mở rộng giao diện khác điện thoại thông minh (Android, OS, ChromeOS), cảnh báo qua hệ thống tin nhắn SMS (các cố nghiêm trọng) Hệ điều hành cài đặt hệ điều hành phổ biến Windows, MacOS, Android, OS… III KẾT LUẬN NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN Qua trình triển khai thiết kế chế tạo, Viện HHMTQS thử nghiệm vận hành thành công hệ giám sát quản lý nguồn phóng xạ di động Trên hình kết thử nghiệm định vị vị trí hai phương pháp sử dụng GPS Cell ID tảng Open StreetMap Google (Ảnh chụp từ hình) Hệ thống đáp ứng tiêu chuẩn đề ra, chạy ổn định không gây can nhiễu (vị trí, suất liều) Kết bước đầu đạt được, việc phát triển nâng cao tính năng, kỹ thuật hệ thống để trang bị cho nguồn phóng xạ di động Việt Nam tương lai gần hồn tồn có tính khả thi cao Viện Hóa học - Mơi trường qn mong muốn chia sẻ kinh nghiệm tình nghiên cứu ý kiến đóng góp quan tổ, tổ chức có liên quan để đưa hệ thống giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động vào hoạt động thực tế Định vị GPS Định vị Cell ID Hình Thử nghiệm định vị vị trí hai phương pháp sử dụng GPS Cell ID TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cục ATBXHN, Báo cáo hàng năm công tác quản lý nhà nước an toàn xạ hạt nhân năm 2013 [2] Test Plan 206 Report #2 minus Appendices D & E (Nov 2013), Safety Analysis Report for the Model 880 Series Transport Package QSA Global, Inc [3] SENTINEL, Catalogues of NDT sources 2008 [4] Radiation protection and safety in industrial radiography Vienna, International Atomic Energy Energy, 1999 Safety reports series, ISSN 1020–6450; no 13.ISBN 92–0–100399–4 [5] Ch Ferguson, “Ensuring the Security of Radioactive Sources: National and Global Responsibilities”, US-KOREA INSTITUTE AT SAIS, 2012 [6 Tucson, AZ, “Tracking Radioactive Sources in Commerce – EPA”, WM'05 Conference, February 27 - March 3, 2005 [7] Press Release, 2012 Seoul Nuclear Security Summit [8] Byung Soo Lee, “Successful Korean Initiatives for Strengthening Safety and Security of Radioactive Sources”, Abu Dhabi Conference, Oct., 2013 ... cứu thiết kế, chế tạo thành cơng hệ thống quản lý giám sát nguồn phóng xạ di động RSTM-1 Thiết bị đầu cuối gắn projector chứa nguồn phóng xạ phần mềm quản lý đạt tiêu chí tốn giám sát an ninh nguồn. .. trang bị hệ thống sở vận hành nguồn phóng xạ quan quản lý có lợi Trên hình mơ hình thiết kế tổng quan hệ thống quản lý giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động Trong đó, định vị theo dõi nguồn xạ. .. kinh nghiệm tình nghiên cứu ý kiến đóng góp quan tổ, tổ chức có liên quan để đưa hệ thống giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động vào hoạt động thực tế Định vị GPS Định vị Cell ID Hình Thử nghiệm