核能是清洁、安全、高效、经济的能源，当前我国核电快速发展，截至2019年12月31日，在运核电机组47台，在建核电机组11台。同时，在核能开发利用过程中有可能发生突发性的大范围环境污染。

随着核能核技术的开发利用，要求对核设施加强监督管理，提高核事故应急反应能力已经不是一个单纯的技术问题，而是一个公众共同关注的社会问题。核电站的发展历史证明了它是安全可靠的，但也存在着发生严重事故的可能性。自从1951 年12 月20 日美国试验增殖反应堆首次利用核能发电以来，直至今日人类历史上发生了多次令人恐怖的核事故，其中重大核电事故有3次。1979 年03 月28日发生于美国宾夕法尼亚州的三哩岛核泄漏事故；1986 年04 月26 日发生于前苏联（乌克兰境内）的切尔诺贝利核电站事故；2011 年03月11 日发生于日本福岛县的福岛第一核电站事故^[1-2]。特别是前苏联切尔诺贝利核电站事故，在经济上和生态环境上都造成了重大损失和严重影响。这3起核事故均动用了航空监测力量开展辐射污染的评价。

1 实　例 1.1 三哩岛核电站核事故辐射环境航空监测

早在1976年，由美国遥感实验室为美国能源部（DOE）在三哩岛核电站（Three Mile Island Nuclear Station）及周边2 000 km²范围内就已开展了辐射环境航空监测。1979年，三哩岛核电站事故后，DOE立即采用DOE的直升机和固定翼飞机搭载放射性航空监测系统（AMS）启动了辐射环境航空监测，1979年03月28日开始监测，05月30日结束测量，共计飞行167个架次，监测内容包括核素识别、放射性烟羽方向确定、烟羽区最大剂量水平等，在91.4 m测量离地高度上，监测到最大照射量率达15 mR/h，发现并确定了¹³⁷Cs、⁶⁰Co 人工核素及其分布范围，这些航空监测结果及时向美国核管理委员会(NRC) 提供，为NRC的决策提供了技术支持。搭载到飞机平台上的设备包括3台NaI（Tl）谱仪、1台HPGe探测器及GM计数管等。1982年10月26日至30日，在三哩岛核电站及周边较小的区域内开展了更详尽的辐射环境航空监测^[3]。该调查覆盖了以核电站为中心的82 km²的区域，包括宾夕法尼亚州的米德尔敦、约克港、戈德斯伯勒和罗伊尔顿等社区。最高辐射照射量率达200 μR/h，监测到人工核素⁵⁸Co、⁶⁰Co、¹³⁷Cs，这与核电站的正常开堆运行产生的核素是一致的。在其余的监测区域，辐射照射量率在6 ～ 14 μR/h之间变化，其中宇宙射线贡献约为3.7 μR/h。在航空监测期间，进行了空地对比测量。沿着上游和下游的河岸调查区域选取了几个测点，以及在1976年进行航空调查的地面地点进行了高压电离室测量和一组土壤样本测量，这些测量结果与航空监测照射量率数据一致。除了三哩岛核电厂内，地面监测数据和航空监测数据均没有发现由于三哩岛2号机组事故造成的其它放射性污染^[4]。

1.2 切尔诺贝利核电站核事故辐射环境航空监测

1986年，原苏联切尔诺贝利核电站发生严重事故以后，在西方国家中，第一批警报是由瑞典发出的。瑞典辐射防护研究所请求瑞典地质公司出动航空伽玛能谱仪系统进行调查，飞机在1 d内改装完毕，并立即投入到全面测量放射性沉降物分布的工作。5月底，完成全国放射性污染区的剂量率图和¹³⁴Cs、¹³⁷Cs核素的活度分布图。1986年秋天，向瑞典的每个家庭提供了完整的¹³⁷Cs核素放射性污染分布图^[5]。2019年4月，由英国国家核工业机器人研究中心(NCNR)及布里斯托大学带领的专家团队在切尔诺贝利核电站及周边地区开展了为期2周的辐射监测工作。团队在无人机上安装了轻型的辐射探测器（包括γ能谱仪、GPS、Lidar系统），通过这种方法绘制该区域的3D辐射剂量图。研究者共启用了50架无人机，无人机的飞行时速约为65 km/h，飞机的监测高度在45～60 m，监测区域达15 km²，发现了以前未被监测到的辐射“热点”，其中就包括“红森林”南侧几英里外原用于事故后处理核污染的区域。因此，对一个大区域开展详细的辐射环境评价，辐射环境航空监测是不可替代的技术手段^[6-7]。

1.3 福岛核电站核事故辐射环境航空监测

日本福岛核事故后，为了监测辐射污染随时间的变化及污染区范围的变化情况，在福岛核电站及周边地区进行了大量的辐射环境航空监测，日本原子能机构网站公布了直升机和无人机辐射环境航空监测结果（见图1、图2），这些数据的采集是在日本教育文化体育科技部、美国DOE、核管理当局的指导协作下完成的。在2011—2017年间，在福岛核电站及周边地区采用直升机进行了12次监测，以判定和分析辐射污染随时间的变化情况，向公众给出了出事故厂区空中监测的周围剂量当量的详图及其随时间的变化信息。从监测结果可以看出，福岛第一核电站西南50 km以外，仍然受到了核事故的影响。在2012—2016年间，采用无人机进行了10次辐射监测。无人机测量采用LaBr₃（Ce）探测器，尺寸Ø 1.5" × 1.5" × 3 pcs，飞行离地高度50～80 m，飞行速度28.8 km/h，采样每秒1次^[8]。早期的航空监测为确定紧急情况下的撤离准备区和计划撤离区的范围以及农牧业方面的应对措施提供了决策支持信息。

2 我国辐射环境航空监测与核应急技术贮备

经过近几年的建设，核应急航空监测装备建设有航空辐射监测装备、中继通讯装备、地面实时接收与处理分析装备及指挥通信装备（表1）。

曾于1994年、2010年和2013年分别在秦山核电站、三门核电站和海阳核电站及周围地区开展了辐射环境航空监测，测量面积分别为2209 km²、7192 km²和5570 km²，查明了核电站及周围地区当时的辐射环境水平现状，建立了当时情况下辐射环境基准数据。采用航空监测技术手段，曾发现以往未知的石家庄原计划用于制砖的煤灰渣辐射异常、房山散落于乡间路旁未知的¹⁵²Eu辐射热点、未知的海盐陶瓷厂高岭土辐射异常、青村化肥厂磷肥原料辐射异常、安西一带¹³⁷Cs高值区，为相关部门开展辐射环境保护、材料的使用及环境的治理提供了技术依据^[9-12]。

核应急航空监测曾参加我国第一次核应急航空监测响应行动、“神盾－2009”首次国家核应急联合演习、“神盾—2015”国家核应急联合演习及ConvEx-3（2017） IAEA三级公约演习，积累了应急响应行动的经验。

针对大体积NaI（Tl）探测器（50L）的航空监测系统，陆地上使用Y-12飞机航空监测对人工放射性核素¹³⁷Cs的探测下限，当航测高度为100～120 m时，为1.1～1.9 kBq·m⁻²；当航测高度为50 m时，为0.8～1.5 kBq·m⁻²。使用Y-5飞机，航测高度为80 m时，对人工放射性核素¹³⁷Cs的探测下限为1.1～1.3 kBq·m⁻²；对于高辐射背景区（航测高度为100 m），对人工放射性核素¹³⁷Cs的探测下限为2.5～3.8 kBq·m^{−2 [17]}。

航空监测数据实时传输系统，经过实际测试，可以将航空监测数据实时传输到30～50 km外近距离的地面站，乃至数千千米外远距离的卫星接收地面站，进行实时接收与数据处理与分析。通过实际测试，在可视条件300 m飞行高度时，数据传输距离为38.6 km。通过地面静态测试和飞行测试，航空监测系统到数据实时传输终端传输延迟< 0.04 s，接口通道数据流量大于1 MKbps/s，数据传输误码率< 1‰，空中到地面的实时数据和图像传输成为可能。

未来需逐步提升辐射监测设备小型化、轻量化水平，提升无人机辐射监测能力，完善空中辐射监测技术手段，提升快速输送手段，不断完善应急冗余技术储备，缩短应急准备时间，加强国产应急装备建设，适应新形势要求。核应急航空监测装备未来的发展趋势：1）飞行器向无人机化发展；

2）装备向高度集成化、小型化、轻型化、智能化、多功能化、安装便捷化、操作简便化方向发展；

3）具有数据实时传输与远程接收能力；

4）监测具有自动识别危险源与预警报警能力；

5）具有航空辐射监测结果与地理信息叠加、自动图形显示能力；

6）具备与国家信息与情报部门间信息实时共享能力。

3 展　望

一旦发生核事故，应急工作的正确决策和快速响应是减轻事故后果的关键，正确决策不但需要知悉污染区域的数据，也需要确认未污染区域。国际上的核事故处理经验表明：核设施一旦出现严重事故，常规地面监测系统无法快速监测并完整确切地给出核辐射污染范围和污染程度，而航空伽玛能谱测量则可达此目的。另外，航空伽玛能谱测量数据可转换成天然辐射水平数据，为已测区域提供“背景值”。

历史经验表明，辐射环境航空监测在核事故发生后，为快速圈定辐射污染区域发挥了重要作用（见表2）。国家核应急救援航空辐射监测分队建设规范指出，航空监测分队是核应急救援的国家级力量，在发生核事故（事件）情况下，按照国家指令，承担核应急航空监测任务^[18]。

为了确保国家航空监测力量在核事故应急能够履行职责，有必要在以下几个方面得到加强：1）开展核应急分析研判硬件和软件建设，开展假想核事故情形下核应急航空监测方案制定研究，加强核应急航空监测分析研判能力；2）开展新型核应急装备建设和技术研究，不断加强和完善航空核应急技术体系；3）开展全国核设施周围详细辐射环境水平摸底的航空监测研究，为国家核应急管理部门提供基础数据，有效应对核事故。