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.
Trang 1THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG GIÁM SÁT
AN NINH NGUỒN PHÓNG XẠ DI ĐỘNG
Ths Đinh Tiến Hùng
Viện Hóa học - Môi trường quân sự, BTL Hóa Học
Số 282, Lạc Long Quân, Tây Hồ, Hà Nội Email: dinhtienhungnbc@gmail.com
Tóm tắt: Trên thế giới cũng như trong nước, từ nhiều năm qua, các thiết bị chứa nguồn
phóng xạ đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quan trọng của đời sống và đã thực sự đem lại nhiều lợi ích thiết thực Bên cạnh các lợi ích đạt được, các thiết bị này cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe con người, môi trường và an ninh xã hội nếu không được sử dụng và quản lý tốt do bản chất của nguồn phát phóng xạ cũng như mối lo ngại trong cộng đồng 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
Từ khóa: Nguồn phóng xạ di động, GPS, Cell ID, cơ 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, các thiết bị nguồn bức xạ ion (nguồn phóng xạ) đã được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực quan trọng của đời sống như đo kiểm chất lượng sản phẩm, kiểm soát hàng xuất nhập khẩu, y tế, thăm dò khai thác khoáng sản, sản xuất và xây dựng dân dụng … Tuy vậy, việc sử dụng rộng rãi các nguồn bức xạ này bên cạnh những lợi ích thiết thực cũng bao gồm những rủi ro tiểm ẩn có thể dẫn tới nhiều hậu quả nghiêm trọng Việc sử dụng, bảo quản, quản lý thiết bị chứa nguồn phóng xạ không tốt sẽ gây ra các sự cố rò rỉ bức xạ ra môi trường xung quanh một cách khách quan hoặc chủ quan như bị lợi dụng cho các hoạt động tấn công khủng
Trang 2bố, đe dọa nghiêm trọng tới sức khỏe con người, môi trường tự nhiên và an ninh xã hội [4] Cụ thể hơn, việc phát xạ ion bao gồm các hạt alpha, beta và gamma ở liều lượng đủ có thể phá hủy các tế bào cấu tạo nên cơ quan, bộ phận cơ thể người và động vật, dẫn tới ảnh hưởng nghiêm trọng lên sức khỏe con người và gây bệnh ung thư Ở mức độ gián tiếp, các nguy cơ ô nhiễm phóng xạ còn có thể tạo ra những mối lo ngại trong cộng đồng dân cư và ảnh hưởng đến các cơ quan làm luật từ đó có thể gây cản trở cho sự phát triển công nghệ Ngoài ra, chi phí cho việc xử
lý môi trường, điều động các lực lượng chức năng tham gia vào quá trình di dời các cộng đồng dân cư và chi phí y tế liên quan cũng rất lớn mỗi khi có sự cố xảy ra
Hiện nay, các quốc gia trên thế giới đều đang rất quan tâm đến vấn đề quản lý các nguồn phóng xạ thương mại và dân dụng nhằm giảm thiểu các nguy cơ nói trên đồng thời đảm bảo các lợi ích thiết thực mà công nghệ hạt nhân mang lại cho con người Theo báo cáo của Ủy Ban Pháp quy hạt nhân Hoa Kỳ (Nuclear Regulatory Commission - NRC) thì hàng năm trên thế giới có tới
300 nguồn phóng xạ có niêm phong bị mất có thể gây ra các nguy cơ về môi trường, sức khỏe con người và đặc biệt là có thể bị lợi dụng cho các hoạt động tấn công khủng bố [5] Trước tình hình đó, Ủy Ban Bảo Vệ Môi Trường (EPA) và Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ (DOE) đã xúc tiến tìm kiếm các giải pháp công nghệ nhằm giám sát và quản lý các nguồn bức xạ một cách hữu hiệu thông qua việc phát triển hệ thống Giám Sát và Quản Lý Nguồn Bức Xạ (RadStraM) của nước này Ngoài Hoa Kỳ, Cơ quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) cũng rất quan tâm tới vấn đề này và đã hợp tác với nhiều quốc gia như Hàn Quốc để triển khai thử nghiệm các chương trình quản lý nguồn phóng xạ dùng trong công nghiệp và dân dụng Thông cáo báo chí tại Hội Nghị Thượng Đỉnh An Ninh Hạt Nhân năm 2012 tại Seoul, Hàn Quốc đã khẳng định hiệu quả của hệ thống này đồng thời hứa hẹn sẽ cung cấp thí điểm cho Việt Nam nhằm tăng cường an ninh hạt nhân cho nước ta cũng như tạo tiền đề để triển khai hệ thống này cho nhiều quốc gia khác [6] Đến năm 2013, hệ thống RADLOT của Hàn Quốc đã được sử dụng trên toàn lãnh thổ Hàn Quốc và quản lý hiệu quả tới hàng ngàn thiết bị [7]
Theo thống kê tại Việt Nam có tới gần 1000 cơ sở đang hoạt động sử dụng tới 6000 nguồn phóng xạ [báo cáo quản lý thông qua hệ thống RAISVN] Đối với các nguồn phóng xạ mức B (nguồn phóng xạ hoặc tập hợp nguồn phóng xạ có tỷ số hoạt độ phóng xạ lớn hơn hoặc bằng 10 và nhỏ hơn 1000 Ci) cả nước hiện nay có 56 cơ sở với khoảng 600 nguồn chủ yếu sử dụng trong công nghiệp NDT và trong thăm dò giếng khoan với các loại nguồn như: Ir-192,
Co-60, Cs-137, Se-75 [1] Các nguồn thuộc nhóm này có nguy cơ mất an toàn khá cao vì các lý do như: di chuyển liên tục, hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau (các công trường, nhà máy), kẹt nguồn trong vận hành, nhận thức của người vận hành chưa đầy đủ và mất an ninh do trộm cắp,…
Bằng kinh nghiệm thực tế và khả năng công nghệ trong nước, việc xây dựng, phát triển một hệ thống quản lý nguồn phóng xạ ở quy mô lớn, với các tính năng tương đương như của nước ngoài (RADLOT) đồng thời phù hợp với điều kiện Việt Nam là hoàn toàn khả thi Ngoài
ra, sản phẩm trong nước còn có ưu thế về giá thành sản xuất và khả năng tùy biến, nâng cấp và phát triển mở rộng Hơn nữa, hệ thống này không chỉ giúp cơ quan quản lý theo sát được các thiết bị nguồn mà còn có khả năng 2-trong-1, tức là đồng thời giúp chủ cơ sở sử dụng nguồn chủ động theo dõi và quản lý thiết bị của mình
Năm 2014, được sự đồng ý của Cục ATBXHN, trong thời gian ngắn Viện Hóa học - Môi trường quân sự đã triển khai nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành công hệ thống quản lý và giám sát nguồn phóng xạ di động RSTM-1 Thiết bị đầu cuối gắn trên projector chứa nguồn phóng xạ
và phần mềm quản lý đã đạt được các tiêu chí cơ bản của bài toán giám sát an ninh nguồn phóng
Trang 3xạ di động, hệ thống đã được thử nghiệm thành công qua một server giả lập Bằng chứng là vào ngày 14 tháng 1 năm 2015, tại Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, Viện HHMTQS là đơn vị đầu tiên và duy nhất trong số các cơ quan được Cục mời tham gia thiết kế hệ thống đã trình diễn thành công sản phẩm và phần mềm mẫu ngay trong đợt một
II NỘI DUNG
II.1 Yêu cầu thiết kế tổng thể
Bài toán thiết kế hệ thống quản lý và giám sát nguồn phóng xạ di động phải đạt được các yêu cầu kỹ thuật như: Hệ thống hoạt động phù hợp với điều kiện môi trường và nền tảng hạ tầng
kỹ thuật Việt Nam, chủ động hoàn toàn trong công nghệ chế tạo, bảo dưỡng, thay thế và bảo mật thông tin, hơn nữa hệ thống phải được chuẩn hóa trong thiết kế, đồng nhất khi vận hành và hướng tới người sử dụng cuối cùng (End-user), bởi vì khi được trang bị hệ thống này thì cơ sở vận hành nguồn phóng xạ và các cơ quan quản lý đều có lợi Trên hình 1 là mô hình thiết kế tổng quan hệ thống quản lý và giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động Trong đó, định vị và theo dõi nguồn bức xạ theo hai phương pháp là GPS và Cell ID Công nghệ Cell ID là công nghệ mới, sử dụng các trạm Base Station của mạng di động để định vị Ưu điểm của định vị Cell
ID là sử dụng trong môi trường không có GPS Nhưng nhược điểm của nó là sai số lớn (bản miễn phí), phụ thuộc vào hạ tầng nhà mạng (số trạm Base) và thông tin do nhà mạng cung cấp
Hình 1 Sơ đồ tổng quát hệ thống II.2 Thiết kế thiết bị đầu cuối
Vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế chế tạo thiết bị đầu cuối là thiết kế cơ khí của nó không được làm ảnh hưởng tới công năng vận hành của Projector Qua quá trình triển khai nghiên cứu, nhóm thực hiện bước đầu đã tạo ra một bản thiết kế khá phù hợp với kiểu Projector M880, hơn nữa thiết bị đầu cuối có thiết kế mở để có thể có thể dùng cho nhiều loại Projector khác mà không cần thay đổi thiết kế thông qua cơ 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 các hoạt động trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, chống nước, hoạt động tốt trong môi trường phóng xạ
Trang 4liều cao Đai bảo vệ được thiết kế từ vật liệu thép cứng boron Thiết bị đầu cuối được tháo lắp bằng cơ chế đặc biệt (được bảo vệ theo cơ chế “chiều sâu”) như kết hợp các phương pháp: Khóa
cơ khí đặc chủng, báo động nếu tháo lắp không phép và sử dụng vít siết đặc biệt Trên hình 2 là
sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối và hình 3 là thiết kế thiết bị đầu cuối Các thông số đặc tính kỹ thuật của thiết bị đầu cuối được nêu ở bảng 1
Hình 2 Sơ đồ khối của thiết bị đầu cuối
Hình 3.Thiết kế cơ khí thiết bị đầu cuối Bảng 1 Các thông số kỹ thuật của thiết bị đầu cuối
STM8-20pin
SIM908
Lion batterry
Antena GPS + GSM
Detector
Vibration sensor Khối báo động
và chỉ thị
Trang 5Đai bảo vệ (gam) 120 GSM/GPRS Tần số phát GSM 850, EGSM 900, DCS 1800, PCS 1900
Độ chính xác Vị trí theo phương ngang < 2.5 m CEP Nguồn nuôi Dung lượng 6500 mAh; dung lượng/cm3 lớn nhất
Thời gian hoạt động - 24 ngày trong điều kiện chiếu chụp liên tục (ngày
làm việc 8 giờ)
- Chế độ chỉ lưu kho: lên đến 6 tháng
Khả năng chống nước Lớn hơn 1 giờ với độ sâu 1 m Khả năng đo suất liều 0,01 µSv/h - 100 mSv/h* (*): Dải đo phù hợp để đo suất liều bề mặt các projector M 880 [2]
II.3 Hệ thống trung tâm
Trên hệ thống trung tâm, cơ sở dữ liệu được xây dựng chi tiết để quản lý thiết bị đầu cuối và truy xuất dữ 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 sự cố Cơ sở dữ liệu trơn của toàn bộ
TB chỉ được lưu trữ tại Trung Tâm, thông tin chia sẻ cho các cấp địa phương và cơ sở đã qua xử
lý bởi phần mềm và thuận tiện cho phần mềm tra cứu nhưng vẫn đảm bảo tính bảo mật cao Quản lý thông qua định dạng web truy cập bằng username và password cho các cấp người dùng khác nhau
Cơ chế phân quyền:
- Cấp trung ương: (Cục ATBXHN) cấp cao nhất, có toàn quyền theo dõi, quản lý và là cấp duy nhất ra lệnh cho thiết bị đầu cuối;
- Cấp Tỉnh (địa phương): Theo dõi thông tin các thiết bị đầu cuối có sẵn trên địa bàn và các nguồn phóng xạ đến, đi ra khỏi vùng địa lý thuộc thẩm quyền quản lý Ví dụ: nhận được cảnh báo khi có nguồn phóng xạ đi đến và ra khỏi địa phương;
- Cấp cơ sở (sở hữu nguồn phóng xạ): Có thể theo dõi được các nguồn phóng xạ thuộc sở hữu Nhận các cảnh báo liên quan Tận dụng các tiện ích đi kèm theo phần mềm này để quản lý thiết bị của mình;
-Cơ sở có thể theo dõi suất liều bề mặt trên từng nguồn phóng xạ và nhận cảnh báo khi gần hết nguồn phóng xạ phân rã gần hết để có kế hoạch nạp lại, tái sử dụng;
Trang 6- Quản lý nguồn phóng xạ theo các điểm đến làm việc, vùng địa lý … Nếu nguồn phóng
xạ đi ra ngoài các địa điểm được cài đặt trước sẽ có cảnh báo;
- Truy xuất thông tin nguồn phóng xạ theo các định dạng văn bản báo cáo tiện lợi, dễ sử dụng
Cơ chế bảo mật thông tin được nhóm phát triển đặc biệt chú ý trong quá trình nghiên cứu thiết kế hệ thống, mọi thông tin truyền về Trung Tâm đều được mã hóa theo tiêu chuẩn quốc tế dựa trên dạng mã giả ngẫu nhiên (Pseudo-Random Code) Chìa khóa mã hóa và giải mã có thể được sinh ngẫu nhiên theo thời gian hoặc cho từng thiết bị Không cá nhân nào biết được chìa khóa này, kể cả người phát triển hệ thống Mã hóa thông tin sau mã hóa sẽ có dạng chuỗi tín hiệu gần như ngẫu nhiên Thông tin được giải mã thông qua chuỗi tín hiệu ngẫu nhiên sau khi giải mã
sẽ trở lại dạng đơn giản Mã giả ngẫu nhiên có tính hiệu quả cao, khó giải mã, không tiêu tốn nhiều tài nguyên phần cứng và năng lượng Trên hình 4 và hình 5 là sơ đồ mã hóa và giải mã của
cơ chế bảo mật thông tin
Hình 4 Cơ chế mã hóa thông tin
Hình 5 Cơ chế giải mã thông tin
Phần mềm được phát triển và mở rộng trên các giao diện khác nhau như điện thoại thông minh (Android, OS, ChromeOS), cảnh báo qua hệ thống tin nhắn SMS (các sự cố nghiêm trọng)
Hệ điều hành được cài đặt trên các hệ điều hành phổ biến như Windows, MacOS, Android, OS…
III KẾT LUẬN
Trang 7Qua quá trình triển khai thiết kế chế tạo, Viện HHMTQS đã thử nghiệm và vận hành thành công hệ giám sát và quản lý nguồn phóng xạ di động Trên hình 6 là kết quả thử nghiệm định vị
vị trí bằng hai phương pháp sử dụng GPS và Cell ID trên nền tảng Open StreetMap của Google (Ảnh chụp từ màn hình) Hệ thống cơ bản đã đáp ứng được các tiêu chuẩn đề ra, chạy ổn định không gây can nhiễu (vị trí, suất liều) Kết quả bước đầu đã đạt được, việc phát triển nâng cao tính năng, kỹ thuật của hệ thống để trang bị cho các nguồn phóng xạ di động ở Việt Nam trong tương lai gần là hoàn toàn có tính khả thi cao Viện Hóa học - Môi trường quân sự mong muốn được chia sẻ các kinh nghiệm trong quá tình nghiên cứu và các ý kiến đóng góp của các cơ quan
tổ, tổ chức có liên quan để đưa hệ thống giám sát an ninh nguồn phóng xạ di động đi vào hoạt động thực tế
Hình 6 Thử nghiệm định vị vị trí bằng hai phương pháp sử dụng GPS và Cell ID
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Cục ATBXHN, Báo cáo hàng năm công tác quản lý nhà nước an toàn bức xạ và 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
Định vị GPS
Định vị Cell
ID