定点长期跟踪+应急快速监测!海上核监测,青岛有“两手”

青岛日报社/观海新闻4月23日讯 近日,山东省科学院海洋仪器仪表研究所与山东山科创新股权投资有限公司签署战略合作协议,针对海仪所研发的一系列海洋生态水质监测传感器,双方将成立产业化公司进行成果转化。据了解,产业化产品包括海洋放射性原位监测传感器,该传感器可以实现海水辐射总量的长期自动监测和多种目标核素的自动甄别与检测功能。

我国首套核监测预警浮标系统。

据介绍,作为国内唯一一家研制海上核辐射原位监测设备并实现产业化的科研院所,海仪所还研制出一种海上核应急跟踪监测浮标,从而实现了与海洋放射性原位监测传感器的相互配合。传感器用于定点长期跟踪,已在北海区推广应用;浮标则用于应急快速监测,目前已列入生态环境部海洋辐射环境能力建设规划中,预计今年上半年通过国家重点研发项目验收。

研制出我国首套核监测预警浮标系统

在海仪所海洋常规水质要素在线监测创新单元的实验室里,记者见到了其团队研发的两种海上核监测设备。海洋放射性原位监测传感器是常见的圆柱形,长约半米;海上核应急跟踪监测浮标则是典型的圆形,比篮球略大。据介绍,团队于2013年研制出我国首套核监测浮标系统,为研发这两种看似“普通”却并不平凡的海上核监测装备奠定了基础。

海洋放射性原位监测传感器在青岛联合海试。

研发团队负责人、海仪所研究员张颖颖对最初迈入海洋核监测领域的背景和艰辛记忆尤深。2011年福岛核电站发生爆炸后,对海洋放射性环境监测及污染预警受到全世界高度关注。“当时,我国对海洋放射性环境监测一直沿用原位采样和实验室分析的传统模式,除去要组织相关航次进行海水取样以外,一个样品检测一般就需要两到三天,程序繁琐且耗时费力。” 张颖颖介绍说,当时这种非实时、断续的检测模式并不能对海洋放射性环境进行及时、有效监测,更不能实现对海上核污染的及时预警。

2013年,国家海洋局东海环境监测中心委托海仪所研制海洋核污染监测预警浮标系统,开启了海仪所海上核监测设备的研发之路。“当时,国内还没有针对海洋领域的核辐射监测设备,相关技术尚属空白。”张颖颖坦言,他们一度不敢承接这个项目。不过,作为国内海洋监测设备研发的中坚力量,海仪所最终决定白手起家,成为吃螃蟹的第一人。

为了学习海洋放射性传感器相关技术,张颖颖专门出国到希腊一家公司进行培训。因缘际会,她结识了其公司的技术支持、国际著名海洋核辐射监测专家Christos Tsabaris,掌握了关于海上核辐射监测领域的最初知识。回到国内,她带领团队针对进口的海洋放射性传感器进行二次开发和集成创新,使之具备了核素自动甄别和浓度检测的功能,满足国内海洋监测数据远程通讯传输等相关要求,最终,研制出了我国首套海洋核污染综合监测预警浮标系统,并在钓鱼岛海域进行了布放,持续跟踪福岛事件对我国西太海域的影响。

“可以说,正是得益于前期的相关探索、研究,才为海仪所对海洋放射性原位监测传感器、海上核应急跟踪监测浮标的研发建立了基础。” 张颖颖说。

海上核应急跟踪监测浮标通过吊臂进行海上投放实验。

从向国外学技术到如今“平起平坐”

如果说我国首套核监测预警浮标系统偏向于对进口设备进行“集成”,那么,海仪所随后研制的海洋核监测设备则强调研发,不仅具有自主产权,而且性能达国际先进水平。

2013年,海仪所获得国家国际科技合作专项支持,在前期研究的基础上,研制海洋放射性原位监测传感器。“我们与白俄罗斯国家科学院物理所开展合作,后者长期负责切尔诺贝利核事故的清算工作,在核监测方面具有基础和优势。” 张颖颖说。不过,对方并没有做过针对海洋领域的核监测设备,因此,她们通过引进国际先进核心技术学习再创新,历时3年才自主研制出国产海洋放射性原位监测传感器样机。

据了解,该传感器后续还相继获得国家自然科学基金和省重点研发计划支持,进一步开展了关键技术突破,不仅能够自动检测天然和人工放射性产生的海水伽马辐射总量,而且能够对铯-137、钴-60、碘-131等多种典型的目标核素进行自动甄别与浓度检测。

“海洋放射性原位监测传感器定位于‘定点长期跟踪’,具有自动测量、便携等优点,可搭载在浮标、海底网、无人船等各种监测平台上使用。” 张颖颖表示,优化形成的海水放射性传感器性能指标达到国际先进水平,已在北海区搭载浮标推广应用,目前正在推动产业化。

长期在海洋核辐射监测领域开展相关研究工作,海仪所的相关研究不断获得国际知名专家团队关注,多次开展国际合作交流。“Christos Tsabaris了解到我们的研究成果非常高兴,邀请我们在爱琴海开展了联合实验和研究数据共享。” 张颖颖说,那时,希腊的海洋放射性传感器已经更新到第二代,但海仪所已不再需要进口其设备。从向国外学技术到相互平等交流,海仪所实现了蜕变。

海上核应急跟踪监测浮标通过无人机进行海上投放实验。

让国产海上核监测装备从弱变强

2016年,国家重点研发计划“海上放射性事件跟踪监测与应急处置技术和装备研究”项目正式启动。在该项目的支持下,海仪所又创新研制出针对海上放射性事件的短期快速应急跟踪监测装备,即海上核应急跟踪监测浮标,填补了我国海洋核应急监测领域技术和装备的空白。

据了解,海上核应急跟踪监测浮标与海洋放射性原位监测传感器定位不同,该浮标属于表层漂流浮标,在随波逐流中只对海水辐射总量进行监测,强调“应急快速监测”,以达到及时预警的目的。

“当核污染发生时,该浮标一般通过无人船或无人机等设备进行投放,因此设计时要求体积小、重量轻、耐碰撞和工作稳定。”张颖颖介绍说,该浮标重约10千克,设计寿命为至少1个月,具有4G、北斗双通讯保障和GPS、北斗双定位功能,具备无人机自动投放和目标海域的应急跟踪决策地图功能。2019年,受生态环境部辐射环境监测技术中心邀请,该浮标参加了秦山核电站的辐射监测应急演习。目前,已列入生态环境部海洋辐射环境能力建设规划中,预计今年上半年通过国家重点研发计划验收。

据介绍,国家重点研发计划“海上放射性事件跟踪监测与应急处置技术和装备研究”项目由清华大学牵头,联合海仪所、北京航空航天大学、中国工程物理研究院等10余家高校、科研院所联合攻关,旨在开展沿海核电站邻近海域海洋放射性泄漏事件的快速响应和跟踪监测技术研究,研发海水放射性现场监测设备,建立主要人工放射性核素的快速鉴别与测量的方法和标准规范,研发降低海洋环境放射性水平的处置技术和装备。

“清华大学负责环境修复和废物处置,北航负责无人机研发,中国工程物理研究院负责核参数的标定,海仪所主要针对核应急跟踪监测设备进行研发。” 张颖颖介绍说,全国十几家单位的通力合作,正让我国对海上放射性事件的应急监测处置技术逐渐形成体系,而海仪所历经8年的相关探索和成果,也让国产海上核监测装备从无到有,从弱变强。(青岛日报/观海新闻记者 李勋祥)

责任编辑:荣潇

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