用于涉核工作场所人员作业调度的反馈式均衡优化方法与流程

1.本发明属于辐射防护与辐射安全技术领域，具体涉及一种用于涉核工作场所人员作业调度的反馈式均衡优化方法。


背景技术：

2.随着核技术在工业、农业、医学、环境、材料等方面的广泛应用，从事放射性工作人员越来越多，带来的辐射风险增加。长期从事放射性工作的人员存在剂量超标的风险，威胁其身体健康。为保护工作人员免受过量辐射照射，除佩戴必要的个人防护装具外，通常采取严格个人剂量监测并配合科学的作业分配方式，以尽可能降低工作人员接受辐射照射。
3.现有放射性作业管理多为轮班式，即所有涉核工作人员佩戴热释光个人剂量计或电子个人剂量计轮流上岗，热释光个人剂量计用于监测涉核工作人员的外照射累积剂量，电子个人剂量计用于剂量超标预警。但上述工作方式存在以下问题：
4.一是对于放射性较高的工作场所，没有考虑辐射环境突变、作业人员体制差异、工作状态、累积工作时间等信息，虽然热释光剂量计可用于评估工作人员的外照射剂量，但其测量及数据处理通常在一段时间后集中进行，数据滞后，不能实时反应个人外照射，且未包含个人内照射剂量信息。
5.二是对于少量的工作人员，可以采用轮岗值班，对于涉核岗位较多时，随着人数的增加及工作复杂性的提升，人工出错的可能性也在增加。一旦环境辐射场发生突变或出现周期性强辐射场等情况，可能造成个别工作人员剂量超标，引发放射性事故。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于涉核工作场所人员作业调度的反馈式均衡优化方法，它针对长期工作在高水平辐射场所人员可能存在的辐射安全隐患，综合考虑管理制度、人员个体差异、场所辐射水平、个人累计剂量等因素，通过对任务特征描述、特征要素选取与权重分配、工作人员辐射剂量前瞻性评估、监测数据反馈式修正、工作人员作业分配算法等方法，能够有效降低所有涉核工作人员接受的辐射剂量，避免辐射安全事故的发生。
7.本发明的技术方案如下：用于涉核工作场所人员作业调度的反馈式均衡优化方法，包括如下步骤：
8.步骤s1：建立小组个人剂量档案；
9.步骤s2：构建作业分配特征要素体系；
10.步骤s3：特征要素分级及权重确定；
11.步骤s4：个人剂量前瞻性评估；
12.步骤s5：工作人员优先级确定；
13.步骤s6：个人剂量信息反馈更新。
14.所述的步骤s1包括如下内容，管理因素，人员客观因素，人员主观因素和环境因素；
15.所述的管理因素为连续工作时间要求、连续工作时间间隔要求、身体状况要求、剂量约束值；
16.所述的人员客观因素为年度个人累积剂量、累计工作时间、累计时间间隔等、身体状况；
17.所述的人员主观因素为期望工作时间、期望工作薪资；所述的环境因素为中子/γ等辐射场水平、表面污染水平、放射性核素活度浓度。
18.所述的步骤s2包括强制性因素和非强制性因素；
19.所述的强制性因素指在工作期间人员必须遵守的相关规定，包括管理因素和环境因素；
20.所述的管理制度fm：指对涉核相关工作人员的管理规定，该指标为安全管理约束指标，包括连续工作时间、累计工作时间间隔、身体状态、剂量约束；
21.环境因素包括场所辐射水平fe指场所中放射性核素及其贯穿辐射场对人体产生的内外照射剂量贡献，通过场所辐射水平在线监测，可对工作人员单次工作时间所接受的辐射剂量进行前瞻性评估，以评价此次任务后该工作人员累积剂量是否超过剂量约束值，包括场所内放射性核素浓度、中子/γ剂量水平、表面污染水平；
22.所述的非强制性因素包括人为主观因素和人为客观因素，具体指标包括年度个人累积剂量、累计工作时间、累计时间间隔等、薪资待遇、个体差异；
23.个人累积剂量rd为从某一截止时间到本次任务之前的所有累积剂量和年度累积剂量；
24.累计工作时间t
p
为本次工作前的单人累计工作时间和上次工作时间；
25.累计时间间隔ti为本次工作开始前，距离上次工作经历的时间；
26.人员个体差异f
p
指工作人员个人身体素质，也包括不适合长期从事放射性工作情况。
27.所述的步骤s3包括对特征要素的特征量进行提取，将特征要素按特征量进行分级，并确定特征量的权重，分别为管理制度权重ε
fm
、薪资待遇权重ε
ft
、人员个体差异权重ε
fp
、场所辐射水平权重ε
fe
、个人累积剂量权重ε
rd
、个人累计工作时间权重ε
tp
、个人工作时间间隔权重ε
ti
；其中，场所辐射水平作为一级指标；管理制度为二级指标；个人客观因素为三级指标；个人主观因素为四级指标；
28.场所辐射水平权重ε
fe
：该指标用于评估工作人员年度接受的剂量水平是否超过剂量约束值5msv，若超过，则ε
fe
＝0，若未达到剂量约束值，则ε
fe
＝1；
29.管理制度权重ε
fm
：满足要求时，ε
fm
＝1，否则ε
fm
＝0；
30.个人累积剂量权重ε
rd
：从某一截止时间到本次任务之后的所有累积剂量；
31.个人累计工作时间权重ε
tp
：针对某项任务的单人累计工作时间；
32.个人工作时间间隔权重ε
ti
：本次任务开始前，距离上次任务经历的时间；
33.人员个体差异权重ε
fp
：指工作人员个人身体素质，也包括不适合长期从事放射性工作情况；
34.薪资待遇权重ε
ft
：根据工作人员期望来进行确定。
35.所述的步骤s4包括，
36.(1)内照射剂量预估
37.e＝i
·
e(g)
38.其中，e(g)为剂量系数(sv/bq)；i为摄入量(intake,bq)，指通过吸入、食入或皮肤进入途径进入人体的放射性核素的活度；
39.(2)外照射剂量预估
40.包括γ射线照射剂量估算和中子外照射剂量估算。
41.所述的γ射线照射剂量估算采用比释动能到有效剂量估算方法或周围剂量当量到有效剂量估算方法进行估算。
42.所述的中子外照射剂量估算采用中子注量到有效剂量估算或中子周围剂量当量率到有效剂量估算进行估算。
43.所述的步骤s5包括对小组内每个人的特征要素及其权重进行加权计算，对于一级到四级不同的特征要素，分别赋值2、1、0.5、0.25，对于每级分别乘以响应的特征要素权重，得到本组内每个人员的工作优先级，数值越大，优先级越高，则第j个工作人员的优先级可表示为：
44.pj＝ε
fej
·
(t2·
ε
fmj
t3·
ε
rdj
·
ε
tpj
·
ε
tij
·
ε
fpj
t4·
ε
ftj
)。
45.所述的步骤s5包括，
46.工作结束后，对工作人员本次接受的内外照射剂量水平进行监测，依据监测结果更新小组内个人剂量档案信息。
47.本发明的有益效果在于：(1)能够依据环境实时监测数据及工作人员历史剂量数据，综合其他因素制定工作人员的作业次序和作业时间，提高了工作效率，降低了辐射风险；(2)节约了人力成本，只需制定作业调度规则，而不需干涉作业的执行过程；(3)降低了作业分配出错的概率。
附图说明
48.图1为本发明所提供的用于涉核工作场所人员作业调度的反馈式均衡优化方法流程图；
49.图2为作业分配特征要素体系图；
50.图3为单能光子单位空气比释动能到有效剂量转换系数；
51.图4为单能光子单位空气比释动能到周围剂量当量转换系数；
52.图5为单能中子注量到有效剂量转换系数；
53.图6为单能中子注量到周围剂量当量转换系数。
具体实施方式
54.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
55.本发明针对长期工作在较高放射性场所的人员，建立一套智能化反馈式作业调度均衡优化方法，综合考虑涉核工作场所放射性水平、人员累积剂量信息、人员体质、累计工作时间、薪资待遇、管理制度等信息，合理分配从事放射性工作的时间，在确保完成工作任务、保障个人利益等情况下尽可能降低所有人员的辐射剂量，避免出现个别人员剂量超标等事故。
56.反馈式均衡调度法是以涉核工作人员年累积剂量的基础上，对单次任务人员可能
接受的剂量进行前瞻性评估，并以人员有效剂量监测数据进行反馈式修正，以对工作人员进行合理作业分配的一种优化方法。
57.如图1所示，用于涉核工作场所人员作业调度的反馈式均衡优化方法，具体包括如下步骤：
58.步骤s1：建立小组个人剂量档案
59.针对某次任务的所有涉核人员，组成临时任务分配小组，建立小组个人剂量档案信息，包括如下内容，管理因素，人员客观因素，人员主观因素和环境因素。
60.管理因素：连续工作时间要求；连续工作时间间隔要求、身体状况要求、剂量约束值等。
61.人员客观因素：年度个人累积剂量、累计工作时间、累计时间间隔等、身体状况等；
62.人员主观因素：期望工作时间、期望工作薪资等。
63.环境因素：中子/γ等辐射场水平、表面污染水平、放射性核素活度浓度等。
64.步骤s2：构建作业分配特征要素体系，分析可能影响作业分配的重要因素，建立作业分配特征要素体系，如图2所示，具体内容包括：
65.(1)强制性因素：强制性因素主要指在工作期间人员必须遵守的相关规定等，包括管理因素和环境因素等。
66.管理制度fm：主要指对涉核相关工作人员的管理规定，该指标为安全管理约束指标，正常情况下必须满足，包括连续工作时间、累计工作时间间隔、身体状态、剂量约束等。
67.场所辐射水平fe：主要指场所中放射性核素及其贯穿辐射场对人体产生的内外照射剂量贡献，通过场所辐射水平在线监测，可对工作人员单次工作时间所接受的辐射剂量进行前瞻性评估，以评价此次任务后该工作人员累积剂量是否超过剂量约束值，包括场所内放射性核素浓度、中子/γ剂量水平、表面污染水平等。
68.(2)非强制性因素
69.非强制性因素是作业分配中需要重点关注的指标，主要分为人为主观因素和人为客观因素，具体指标包括年度个人累积剂量、累计工作时间、累计时间间隔等、薪资待遇、个体差异等。
70.个人累积剂量rd：从某一截止时间到本次任务之前的所有累积剂量和年度累积剂量。
71.累计工作时间t
p
：本次工作前的单人累计工作时间和上次工作时间。
72.累计时间间隔ti：本次工作开始前，距离上次工作经历的时间。
73.薪资待遇f
t
：薪资待遇应依据工作人员的累计工作时间和工作效益而制定，在一定剂量水平限值下，可充分考虑工作人员对工作时间的需求。该指标仅反映了个人意愿，其首先要满足管理制度和个人身体实际状况。
74.人员个体差异f
p
：主要指工作人员个人身体素质，也包括不适合长期从事放射性工作情况，例如皮肤病、怀孕等。
75.步骤s3：特征要素分级及权重确定
76.对特征要素的特征量进行提取，特征量应具备可测量、可评估、可验证等特性，将特征要素按特征量进行分级，并确定特征量的权重，分别为管理制度权重ε
fm
、薪资待遇权重ε
ft
、人员个体差异权重ε
fp
、场所辐射水平权重ε
fe
、个人累积剂量权重ε
rd
、个人累计工作时间
权重ε
tp
、个人工作时间间隔权重ε
ti
。从事放射性工作人员应遵守辐射安全相关规定，场所辐射水平作为一级指标；其次工作人员作业分配的前提是服从单位的管理，管理制度为二级指标；个人客观因素为工作人员接受的辐射剂量水平和个人体质的综合，对作业分配起到关键作用，包括个人累积剂量、累计工作时间、累计时间间隔、人员个体差异，为三级指标；个人主观因素作为次要因素，属于个人意愿，服从单位管理和大多数人意愿，通常情况下可不考虑，例如薪资待遇，为四级指标。
77.场所辐射水平权重ε
fe
：依据场所内放射性核素浓度、中子/γ剂量水平、表面污染水平等实时在线监测数据，对人员单次任务可能接受的内、外照射剂量进行前瞻性评估，从而确定场所辐射水平权重。该指标主要用于评估工作人员年度接受的剂量水平是否超过剂量约束值5msv，若超过，则ε
fe
＝0，若未达到剂量约束值，则ε
fe
＝1。
78.管理制度权重ε
fm
：例如某单位连续工作时间不超过ct1＝12小时，累计工作时间间隔ct2＝8小时，严格控制生病人员上岗，剂量约束值为5msv等。满足上述要求时，ε
fm
＝1，否则ε
fm
＝0。
79.个人累积剂量权重ε
rd
：从某一截止时间到本次任务之后的所有累积剂量。假设某工作人员的个人累积剂量为d1，任务小组的平均个人累积剂量为dm，则ε
rd
＝dm/d1，若个人累积剂量超过剂量约束值，则ε
rd
＝0。
80.个人累计工作时间权重ε
tp
：针对某项任务的单人累计工作时间。假设某工作人员本次任务前累计工作时间为p1小时，小组内个人累计工作时间平均值为pm，则ε
tp
＝1-(p
1-pm)/pm。
81.个人工作时间间隔权重ε
ti
：本次任务开始前，距离上次任务经历的时间。假设某工作人员本次工作前距离上次休息时间为i1小时，则ε
ti
＝1 (i
1-ct2)/ct2。
82.人员个体差异权重ε
fp
：主要指工作人员个人身体素质，也包括不适合长期从事放射性工作情况，例如皮肤病、怀孕等。例如某工作人员身体不适，则ε
fp
＝0.6；某工作人员患有皮肤病或怀孕，则不适合从事放射性工作，则ε
fp
＝0。
83.薪资待遇权重ε
ft
：例如某工作人员期望获得更长工作时间以获取更多薪资，则ε
ft
＝1.2等。
84.步骤s4：个人剂量前瞻性评估
85.针对涉核工作场所实时在线监测数据，对工作人员个人剂量进行前瞻性预测。
86.(1)内照射剂量预估
87.放射性物质进入人体后会分布到人体的各个组织和器官。通常将含有放射性核素释放辐射能量的组织或器官，称为“源器官(s)”；而将吸收该辐射能量的组织或器官称为“靶器官(t)”。伴随着原子核的衰变，从源器官(s)释放的辐射能量将被各个靶器官全部或部分吸收，进而对靶器官造成剂量。用吸收分数af(t
←
s)r表示源器官s中发出的第r种辐射能量被靶器官t吸收的份额。已知吸收分数(af)、辐射能量(e)、辐射产额(y)以及辐射权重因子(wr)，则源器官(s)中的某种放射性核素(j)核衰变一次对靶器官(t)所产生的当量剂量可按下式计算。
[0088][0089]
其中，yr和e是源器官发射的第r种辐射的产额和能量；af(t
←
s)r为源器官发射的
第r种辐射到靶器官的吸收分数；mt为靶器官的质量；see t
←
s称为比有效能(see)。
[0090]
如果已知放射性核素(j)进入人体后，某个时间段τ内，每个源器官s中的总衰变次数u
s,j
(τ)，则某特定靶器官t所受到的待积当量剂量ht(τ)可由比有效能see(t
←
s)进行计算。
[0091][0092]
其中，c为单位换算常数，us,j(τ)为源器官s中的放射性核素j在τ时间内的总衰变次数，see(t
←
s)j为核素j的比有效能。考虑器官的组织权重因子wt，待积有效剂量e(τ)可按下式计算：
[0093][0094]
其中，e(τ)为待积有效剂量，对成人τ取50年；wt为组织权重因子。
[0095]
由此可见，吸收分数(af)和衰变次数(us)是内照射剂量估算过程中十分重要的两个数据。吸收分数(af)，通常需要利用人体模型计算得到。目前被广泛采用的af数据是cristy和eckerman利用婴儿、1岁、5岁、10岁、15岁、成年等6个年龄段的ornl数学模型计算出来的。衰变次数us的计算则还需要了解两个重要数据，即一是进入人体的放射性物质的活度；二是放射性物质以特定途径进入人体后在各个器官或组织内的代谢规律。后者可以利用icrp生物动力学(库室)模型以及相应的代谢参数进行计算，其与吸收分数(af)可以事先进行计算，合并作为一个参数，即剂量转换系数e(g)。
[0096]
因此，内照射剂量估算过程可以简化为下式：
[0097]
e＝i
·
e(g)
[0098]
其中，e(g)为剂量系数(sv/bq)；i为摄入量(intake,bq)，它是指通过吸入、食入或皮肤进入等途径进入人体的放射性核素的活度。体内放射性核素的摄入，就其发生的时间进程来说，可以分为两种截然不同的摄入模式：单次(急性)摄入和连续(慢性)摄入。对工作人员来说，单次摄入的可能性较大，短期内多次摄入也是单次摄入的推广。当核素在空气中的浓度保持不变时长期暴露于这种浓度下的工作人员对放射性核素的摄入属连续摄入。
[0099]
(2)外照射剂量预估
[0100]
外照射剂量估算可采用理论计算和蒙特卡罗模拟的方法，常用的蒙特卡罗软件包括geant4、mcnp等，理论计算时需根据环境中子、γ射线能量及测量值进行换算。
[0101]
1)γ射线
[0102]
①
比释动能到有效剂量估算方法
[0103]
环境中γ辐射监测量主要为比释动能率或周围剂量当量率，对于比释动能率，可依据环境γ能谱信息转换为外照射有效剂量，计算公式如下：
[0104][0105]
式中，e
eγ
表示由环境中γ射线对人员产生的外照射有效剂量，μsv；表示环境中能量为i的γ射线所占份额；c
eki
表示能量为i的γ射线单位自由空气比释动能到有效剂量的转换系数，sv/gy，该数值可参考icrp第74号出版物中推荐值，如附图3所示；ka表示核活动场所环境空气比释动能率测量结果，μgy/h；t为人员在空气比释动能率为ka的环境中滞
留的时间，h。
[0106]
②
周围剂量当量到有效剂量估算方法
[0107]
当环境中γ辐射监测量为周围剂量当量率时，可将周围剂量当量率转换为比释动能率，再计算γ射线对人体的外照射有效剂量，计算公式如下：
[0108][0109]
式中，h*(10)表示环境γ射线周围剂量当量率测量结果，μsv/h；c
hki
表示能量为i的γ射线空气比释动能率到周围剂量当量率的转换系数，sv/gy，该数值可参考icrp第74号出版物中推荐值，如图4所示。
[0110]
2)中子外照射剂量估算
[0111]
①
中子注量到有效剂量估算
[0112]
环境中子辐射场致人体的外照射剂量可通过中子注量与中子注量-剂量转换系数的乘积来估算，如下所示：
[0113][0114]
式中，e
en
表示由环境中子对人员产生的外照射有效剂量，psv；表示能量为i的中子注量所占的份额；c
neφi
表示能量为i的中子注量到有效剂量的转换系数，psv
·
cm2，该数值可参考icrp第74号出版物中推荐值，如附图5所示。φ表示核活动场所环境空气中子注量监测结果，cm-2
s-1
；t为人员在中子注量为φ的环境中滞留的时间，s。
[0115]
②
中子周围剂量当量率到有效剂量估算
[0116]
当环境监测数据为中子周围剂量当量率时，可按单一能量中子周围剂量当量率到中子注量转换系数转化为注量，再计算中子对人体的外照射有效剂量，计算公式如下所示：
[0117][0118]
式中，c
nhφi
表示能量为i的中子注量到周围剂量当量的转换系数，psv
·
cm2；hn*(10)表示中子周围剂量当量率，psv/h。该数值可参考icrp第74号出版物中推荐值，如图6所示。
[0119]
步骤s5：工作人员优先级确定
[0120]
对小组内每个人的特征要素及其权重进行加权计算，对于一级到四级(t1～t4)不同的特征要素，分别赋值2、1、0.5、0.25(该值可在实际运行过程中进行调整)，对于每级分别乘以响应的特征要素权重，则可得到本组内每个人员的工作优先级，数值越大，优先级越高，则第j个工作人员的优先级可表示为：
[0121]
pj＝ε
fej
·
(t2·
ε
fmj
t3·
ε
rdj
·
ε
tpj
·
ε
tij
·
ε
fpj
t4·
ε
ftj
)
[0122]
步骤s6：个人剂量信息反馈更新
[0123]
工作结束后，对工作人员本次接受的内外照射剂量水平进行监测，监测结果可验证内外照射前瞻性预估模型的准确性，并依据监测结果更新小组内个人剂量档案信息。
[0124]
下面通过具体实施例说明本发明的具体技术方案。
[0125]
实施例1：
[0126]
以某项涉核工作为例，从事该项工作并持有上岗证的人员共10人，每天工作8小
时，分为上下两个班次，每个班次需要两个人同时在岗。反馈式均衡优化方法作业分配实施流程如下：
[0127]
步骤s1：建立小组个人剂量档案
[0128]
将以上10人划分为一个小组，代号分别为x1～x10，如有人员调动及时更新小组人员信息。为每名小组成员建立个人信息档案，如表1所示。
[0129]
表1小组个人剂量信息档案
[0130][0131][0132]
步骤s2：构建作业分配特征要素体系
[0133]
(1)管理制度fm：
[0134]
该岗位要求连续两次工作时间间隔不少于12h。
[0135]
(2)薪资待遇f
t
：
[0136]
工作人员x2、x5、x8建议增加工作时间。
[0137]
(3)人员个体差异f
p
：
[0138]
工作人员x4最近身体欠佳，可适当少安排工作。
[0139]
(4)场所辐射水平fe：
[0140]
某涉核工作场所中含有γ辐射场，x1～x10不同站位环境比释动能率监测结果为1.5μgy/h，预计工作时间8小时。
[0141]
(5)个人累积剂量rd：
[0142]
从小组年初开始记录个人累积剂量，工作人员x1～x10个人累积剂量分别为80、60、50、90、82、60、100、30、120、150μsv。
[0143]
(6)累计工作时间t
p
：
[0144]
年度内工作人员x1～x10的累计工作时间分别为80、60、90、100、85、80、90、20、70、90小时。
[0145]
(7)工作时间间隔ti：
[0146]
本次任务开始前，距离上次任务经历的时间ti不得少于12小时，时间间隔分别为8、0、8、8、8、0、8、16、16、8h。
[0147]
步骤s3：特征要素分级及权重分配
[0148]
将特征要素分为四级，不同级别的评判依据如表2所示。级别越高，表明此项要素的优先级越低，特征量权重分配采用专家评判法，结合工作中实际情况定出不同要素的权重。
[0149]
步骤s4：个人剂量前瞻性评估
[0150]
环境辐射在线监测数据为cs-137核素0.662mev射线产生，根据前述公式可对个人剂量进行评估，得到本次工作外照射剂量为12.2μsv。
[0151]
步骤s5：工作人员优先级排序
[0152]
依据工作人员优先级公式，可计算x1～x10不同人员的工作优先级，如下所示。
[0153][0154]
根据计算的优先值，应优先安排工作人员x8和x9上岗。
[0155]
步骤s6：个人剂量信息反馈
[0156]
任务结束后，对工作人员的内外照射剂量进行测量，计算人体在此项任务中接受的有效剂量，以此评估工作人员前瞻性剂量估算模型的准确性，并对工作人员个人剂量信息档案进行实时更新。
[0157]
本发明具有如下的特点：
[0158]
(1)建立小组个人剂量信息档案，可实现所有涉核工作人员的智能化管理，及时发现安全隐患。
[0159]
(2)作业分配特征要素体系，作为人员涉核操作优先级的影响因素，可根据实际情况进行增减。
[0160]
(3)特征要素分级，对某特征要素不同涉核工作人员分类评价的依据。
[0161]
(4)特征量权重确定，将特征要素按重要程度进行排序，是进行工作人员作业排序的重要依据。
[0162]
(5)个人剂量前瞻性评估和其它要素确定，将特征要素数据化的关键步骤。
[0163]
(6)工作人员优先级确定，最终确定人员工作的优先顺序。
[0164]
(7)个人剂量信息反馈，可利用监测数据验证前瞻性评估模型的准确性，并对前瞻性评估结果进行修正，以便准确对工作人员辐射安全进行评价。