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

NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN
THIẾT 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:
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


NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN
bố, 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, Co60, 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


NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN

xạ 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


NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN

liều 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.

Antena
GPS + GSM

Charger

Khối báo động
và chỉ thị

Detector

Microcontroller

SIM908

STM8-20pin
Lion batterry
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
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 và PDU mode

Kiểu nhận

42-channel, GPS L1 C/A code

Độ chính xác

Vị trí theo phương ngang < 2.5 m CEP

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).

GSM/GPRS

GPS

Nguồn nuôi

- Chế độ chỉ lưu kho: lên đến 6 tháng
Antenna

GSM/GPRS/GPS

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;


NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN
- 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


NGHIÊN CỨU PHÁP QUY HẠT NHÂN
Qua 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.

Định vị
GPS
Định vị Cell
ID

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