全 文 ：文章编号 :100028551 (2001) 0520294204
反馈系统在优化钴辐照装置安全性能
方面的应用研究
罗时石　王泽港　葛才林　马　飞　龚　峥
(扬州大学农学院同位素室 ,江苏 扬州　225009)
摘 　要 :为保证钴辐照装置的安全运行 ,运用控制论的一些基本原理在优化本单位辐
照装置的安全性能方面进行了应用研究。实践证明 :该辐照装置的控制系统是安全
有效的。本文较全面地对各种反馈系统的作用进行了分析 ,可对中、小型钴辐照装置
控制系统的改造、优化钴辐照装置的安全性能方面作为借鉴。
关键词 :反馈系统 ;钴辐照装置 ;优化安全性能
收稿日期 :2001202228
作者简介 :罗时石 (1949～) ,男 ,江苏扬州市人 ,扬州大学农学院教授 ,同位素室主任 ,常期从事农业生物物理方面的教
学与科研工作
钴辐照装置带有强放射性 ,其安全性能至关重要。国务院及有关部委对此有严格的防护
条例和规定 :辐照装置要设有多道联锁装置、应急迫降装置和固定式剂量检测仪表 ,并保证功
能有效[1 ] 。由于部分钴辐照装置的安全性能不完善 ,放射防护事故仍时有发生。国内在钴辐
照装置的安全运行及管理方面的研究不少 ,但应用控制论系统地进行钴辐照装置的安全控制
方面的研究却未见报道。为了杜绝放射事故的发生 ,防患于未然 ,我们以控制论的有关理论为
指导 ,在优化本单位钴辐照装置的安全性能方面进行了应用研究。
1 　钴辐照装置的基本条件
本校的钴辐照装置建于 80 年代初期 ,辐照装置由钴辐照室 (圆形 ,直径 7m) 、贮源水井、迷
道、防护门、控制室、机房、通风装置等组成。源架采用单层栅板篮结构 ,装有导向装置。
目前装源容量为 2196 ×1015Bq ,属中、小型钴辐照装置 ,由于建造时间较早 ,装置结构只能
以静态辐照方式处理物品 ,因此工作人员进出钴辐照室的次数较频繁。
2 　钴辐照装置的钴源运行状态与放射防护事故因素分析
辐照装置的钴源盛放在单层栅板篮中 ,通过提升机使栅板篮在工作位与贮源位之间进行
运动。目前钴辐照装置大多采用水层作为对射线的屏蔽 ,当工作人员需要进入钴辐照室时 ,放
射源存放在一定水层以下的安全位置 ,以确保工作人员免受超剂量照射 ;当辐照装置工作时 ,
由提升机通过钢丝缆将源架升至水层上固定的工作位置。屏蔽水层的深度可由以下公式确
定 : N = N0 Be - μR
492 　核 农 学 报　2001 ,15 (5) :294～297Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
式中 N , N0 分别为加屏蔽及未加屏蔽时的剂量率 ,B 为累积因子 ,它是描述散射光子影响
的物理量 ,R 为屏蔽水层的厚度[2 ] ,水井水层的厚度在设计装置时已确定。
根据钴辐照装置运行的实际情况 ,源架的运行状态只有两种 ,要么是在工作时到达升源位
置 ,要么是在降源时处于水井中一定深度下的安全位置。若源架上升超出固定位置 ,将使源架
超程运行 ,若源架不降至贮源位置 ,则会使工作人员接受不同程度的超剂量照射 ,而造成事故。
为了保证钴辐照装置的安全运行 ,制订钴源运行管理制度和安全操作规程等规章制度是
必须的 ,除此之外 ,还必须有性能优良的硬件设施作为保证 ,两者相辅相成 ,缺一不可。否则极
有可能由于工作人员的一时的疏忽大意而导致放射事故的发生。据报道 ,在核设施运行时发
生的各种异常事件中 ,人为失误事件占有相当的比例。
指令
command
控制系统
cybernetic
system
执行装置
execution
apparatus
提升电机
lifting
machine
升降钴源
lifting and descending
60Co source
图 1 　钴辐照装置的控制系统框图
Fig. 1 　The cybernetic system diagram of 60 Co radiation apparatus
　　这是一种简单的开环控制系统 ,在这种控制系统中 ,人机关系的质量是相当差的 ,操纵人
员不能获取所需的信息 ,因此极有可能因误操作失误而造成事故。
3 　钴辐照装置的闭环控制及反馈系统的建立
指令
command
控制系统
cybernetic
system
执行装置
execution
apparatus
防护门
protect door
反馈系统
feedback system
提升电机
lifting
machine
升降钴源
lifting and descending
60Co source
图 2 　钴辐照装置的闭环控制框图
Fig. 2 The closed circular cybernetic system of 60 Co radiation apparatus
　　与图 1 的控制框图相比 ,图 2 所示的闭环控制装置增加了各种反馈系统 ,控制装置能根据
受控量的反馈信息来产生控制信号 ,这种控制叫做闭环控制。在闭环系统中 ,把输出反过来馈
送到输入端的联系叫做反馈。反馈是现代控制论中一个重要的概念[3 ] ,它的作用如人走路时
要用眼睛观察方向以免偏离目标 ,即根据走路的实际情况来控制走路的动作。
为了确保钴辐照装置的安全运行 ,杜绝事故隐患 ,我们应用控制论有关反馈的理论 ,对我
校钴辐照装置进行了改造 ,以便优化钴辐照装置的安全性能。根据我校钴辐照装置的实际情
况 ,我们增设了如下各反馈系统。
311 　贮源水井水位监测反馈系统
592　5 期 反馈系统在优化钴辐照装置安全性能方面的应用研究
如前所述 ,贮源的水井水位直接影响对射线的屏蔽能力 ,水位会由于蒸发等因素而不断降
低 ,增加该反馈系统可以使工作人员了解到水位的变化并及时加以补充。
312 　源位反馈系统
源位反馈系统可以跟踪源架的实际运行情况将信息反馈到控制台 ,一方面使工作人员了
解源架的运行情况 ,另一方面控制系统将根据源架运行的情况发出相应的控制信号。
313 　钴辐照室剂量监测反馈系统
射线是一种能量的传递 ,它是不能被我们的感觉器官所感知的 ,因此必须借助于剂量监测
仪表来测量。当工作人员需要进入钴辐照室时 ,钴辐照室内的剂量率必须在安全标准以下 ,以
确保工作人员免受超剂量照射 ,当超过安全标准以下时 ,仪表则发出报警信号 ,以阻止工作人
员进入。该反馈系统主要由台式剂量监测仪表等组成。
314 　个人剂量仪表工作状态反馈系统
工作人员进入辐照室必须携带个人剂量监测仪表或报警仪表 ,本反馈系统的设置功能为 :
工作人员不携带个人剂量监测仪表或报警仪表 ,就不能进入辐照室 ;工作人员离开辐照室若不
放置好个人剂量监测仪表或报警仪表 ,将不能升源 ,这样可防止因工作人员粗心大意将个人剂
量监测仪表或报警仪表遗忘在辐照室内。
315 　防超程运行反馈系统
目前大多数钴辐照装置都采用三相电机作为升降电机 ,但三相电机极有可能因三相供电
相序的改变而造成电机的转向颠倒、超程运行 ,从而引发事故。为了防止上述情况发生 ,我们
增设了防超程运行反馈系统 ,该反馈系统由两部分组成 :1 防止因三相供电相序的改变而造成
的超程运行 ;21 防止因降源限位开关失灵而造成的超程运行。
316 　防护门开关反馈系统
辐照室迷道口的防护门在保证钴辐照装置的安全和防止放射事故的发生方面具有十分重
要的作用 ,它的关闭受源架的位置所制约 ;当源架不在贮源位置时 ,防护门不能被打开 ;只有当
源架在贮源位置时 ,防护门才能被打开。反过来 ,它又制约着源架的升降 ,当防护门未关时 ,源
架将不能提升 ,若源架处于工作位置而防护门被强行打开 ,源架将迅速下降至贮源的位置。
317 　复位反馈系统
在升源前 ,为了确保辐照室内无工作人员遗留 ,必须由负责升源的工作人员巡视辐照室一
周 ,并使位于辐照室内四角的复位开关复位 ,将信息反馈给控制系统 ,控制系统只有在接到复
位信号后才能接受升源指令 ,提升源架。
318 　应急反馈系统
应急反馈系统的作用可以使遗留在辐照室内的人员中断升源程序并立即将源架降至贮源
位置。该反馈系统与防护门开关反馈系统一样具有“优先中断权”,即不管控制系统现在进行
什么样的操作程序 ,它们均能使动作停止并迅速使源架下降至贮源位。
319 　升源预警反馈系统
升源预警反馈系统的设置是为了在提升源架前进一步证实辐照室内无人员遗留。由工作
人员发出即将提升源架的信号 ,即发出报警声响和熄灭辐照室内的照明灯光。发出预警时间
的长短应保证人员能够安全走出辐照室。
除了上述几种主要的反馈系统之外 ,在辐照装置中还设有通风换气等反馈系统。
692 核　农　学　报 15 卷
4 　控制系统中的符合与反符合电路
各种反馈系统将信息反馈给控制台 ,一方面使工作人员及时了解辐照装置的运行状态 ,另
一方面又将信号输送到控制系统 ,控制系统将对这些信息进行判断 ,并发出各种相应的控制信
号 ,使执行系统安全有效地进行工作。在控制系统中 ,我们采用了“符合”与“反符合”电路。
411 　符合电路
符合电路的功能 :提升源架必须受工作人员是否全部撤出辐照室、防护门是否关闭、辐照
室内的所有开关是否复位、检测仪表是否归位等因素制约 ,只有当上述条件均符合时 ,控制系
统才能接受工作人员提升源架的指令 ,源架才能提升。否则将无法提升源架。另外 ,当工作人
员需要进入辐照室时 ,若源架不在贮源安全位置、辐照室内的剂量超出安全标准、工作人员不
携带个人剂量监测仪表等时 ,防护门将不能被打开 ,以阻止工作人员的进入。
412 　反符合电路
当源架在工作位时 ,若防护门被强行打开或应急开关被启动时 ,控制系统将会迅速使源架
下降至贮源位 ,以防止放射事故的发生。
5 　钴辐照装置的综合安全性能分析
在钴辐照装置中设置反馈系统可以有效地改善人机因素质量 ,使工作人员及时了解辐照
装置的运行情况 ,减少误操作。各种反馈系统在保障钴辐照装置的安全性能方面相互补充 ,实
现了多道屏障 ,纵深防护 ,大大地降低了放射事故发生的概率。针对在钴辐照装置运行中每一
种可能出现的情况 ,均设置了两种以上的防范措施 ,体现了“预防为主”的方针。
经数十年的频繁运行 ,钴辐照装置未出现任何事故。2000 年通过了江苏省卫生、公安、环
保等有关部门论证和验收 ,认为该钴辐照装置在安全性能方面可对省内中、小型钴辐照装置进
行示范。
参考文献 :
[1 ] 　中华人民共和国卫生部. 辐照装置放射卫生防护管理规定. 1991204226 第三条、第十四条
[2 ] 　李星洪. 辐射防护基础. 北京 :原子能出版社 ,1982 :121～124
[3 ] 　王秀峰 ,等. 现代控制论基础. 高等教育出版社 ,1995 ,10 :3～18 ,155～156
APPLICATION OF FEEDBACK SYSTEM IN OPTIMIZING
SAFETY PERFORMANCE OF 60 Co RADIATION APPARATUS
LUO Shi2shi 　WANG Ze2gang 　GE Cai2lin 　MA Fei 　GONG Zheng
( Lab of Isotope , Agricultural College , Yangzhou University , Yangzhou , Jiangsu prov. 　225009)
ABSTRACT :To ensure 60 Co apparatus runs safely applying the basic principle of cybernetics to
optimizing safety performance was studied. Through several decades of practice the cybernetic
system is shown to be safe and effective , and it will be an example for small and middle 60 Co radi2
ation apparatus to rebuild the cybernetic system.
Key words :feedback system ; 60 Co radiation apparatus ; optimizing safety performance
792Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2001 ,15 (5) :294～297