核设施核材料账目计算机管理系统是国家核材料管制系统的重要组成部分。国家原子能机构核材料管制办公室负责全国核材料管制工作，同时，依托中国核工业集团公司，建立了核材料账务系统。该系统涵盖了核材料交接、库存、平衡统计等相关数据，长期以来对我国设施级核材料的衡算与控制发挥了重要作用。但随着我国核能利用需求的加大，现行核材料账务软件已经难以满足国内核材料账目管理需求，主要表现为现行核材料账务软件以核燃料元件制造厂为模版，以核工业企业自身管理需求为基础开发的，无法满足各种类型设施帐目使用需求，同时，其向国家核材料管制数据库系统提交的数据中包括众多生产相关数据，数据量大，难于维护。因此，为完善国家核材料账目管理体系，提升核设施核材料账目管理效率，基于核材料管制业务规则，设计开发了核设施新型核材料账目管理系统。
1 系统描述
1.1 软件组成及特点
核设施新型核材料账目管理系统以Java程序语言和Java EE技术平台为基础开发。Java作为一种面向对象的程序设计语言，可用于开发跨平台应用程序。Java 技术具有卓越的通用性、高效性、平台移植性和安全性，广泛应用于PC、数据中心、游戏控制台、科学超级计算机、移动电话和互联网，同时拥有全球最大的开发者专业社群。Java EE是一个为大企业主机级的计算类型而设计的Java平台，以此来简化在瘦客户级环境下的应用开发。由于创造了标准的可重用模块组件以及由于构建出能自动处理编程中多方面问题的等级结构，J2EE简化了应用程序的开发，也降低了对编程和对受训的程序员的要求。
软件体系结构设计为四层：信息采集展现层、信息门户层、业务逻辑层、业务和数据整合层。在整体技术架构中采用基于SOA架构的服务设计理念和MVC设计思想，采用SpringMVC框架，关系数据库采用MySQL数据库服务器。
1.2系统主要功能
核设施新型核材料账目管理系统的主要目的是管理本平衡区核材料账目数据，记录平衡区内核材料日常使用情况，并将核材料账目数据上报给国家管理部门，其主要功能有：
核设施平衡区基础信息管理：主要用于管理和维护核设施平衡区、关键测量点、库区库位、材料编码以及富集度信息。
核材料原始表单管理功能：核材料账目数据通过原始数据记录表录入，原始数据是所有数据的最底层，分为交接记录、出入境记录、变化记录、内部转移记录、存量记录和帐目调整记录，所有的表单数据均按照主子表的格式，主表定义一个表单的基本属性，子表定义操作的容器以及操作的数据。
核材料账目报告管理功能：核材料数据通过支持性文件、账目报表，层层筛检，将核设施生产过程中的生产数据逐层提出，最终将监管关注的核材料数据以核材料存量变化报告、核材料库存清单、核材料平衡统计报告的形式展示。
其他功能：核材料数据的统计查询、核材料数据上报以及用户管理功能，可实现核材料实时存量数据、贮存位置以及容器使用历史的查看，核材料账目数据加密并生成国家核材料管制数据库可接受格式的数据包，可对系统用户、权限进行授权和管理。
核设施新型核材料账目管理系统用例图见图1。
图1 核设施新型核材料账目管理系统用例图
Fig. 1 Use case diagram of new nuclear material account management system for nuclear facilities
2 系统设计
2.1 业务流程设计
核材料生产业务涵盖了核电、核燃料循环、核技术应用等核工业领域的相关业务形态，按照业务流程可将这些领域的单位简单分为核电站、储存设施、贸易企业、燃料循环、研究设施等。
核电站（或实验堆）
利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施。反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆等，主要业务流程见图2。
贸易企业
主要用于核材料的中转，其主要业务为国内外接收和国内外发出，主要业务流程见图4.
铀浓缩设施
若要在某些类型反应堆中使用铀，就必须对其进行浓缩。这意味着必须提高易裂变铀-235 的浓度，然后才能将其制成燃料。铀浓缩企业旨在通过特定的工艺流程提高某一元素特定同位素丰度的同位素分离过程，例如从天然铀生产浓缩铀或从普通水生产重水。浓缩设施分离铀同位素的目的是提高铀-235 相对于铀-238 的相对丰度或浓度，并为下一工艺设施-元件企业提供制作元件的核燃料原料，主要业务流程见图5。
燃料元件制造设施
燃料元件制造设施的生产原料为铀浓缩厂提供的六氟化铀，通过一定的工艺将其转换为二氧化铀粉末，再通过粉末冶金、芯块装入锆合金管、燃料棒组装成组件等工艺流程最终将原料制作为核电站用的燃料组件，主要业务流程见图6。
研究设施
研究设施物料形态丰富，呈多样性变化，既有件料业务流程又有散料业务流程，件料业务流程与反应堆或实验堆的业务流程类似，散料的业务流程与铀浓缩企业或元件企业的业务流程类似。
2.2核材料管理模型设计[1]
核材料生产业务种类众多、流程复杂，仅核材料的变化就多达十余种类型，不同的变化类型里，即存在业务逻辑相似的情况，也存在业务逻辑完全不同的情况。
现行的核材料账目软件通过对不同的核材料变化类型进行判断来处理账目数据，采用这种方式需要在同一套流程编码中不断添加和补充各种核材料变化类型的业务逻辑，这就导致整个程序流程变得十分复杂，程序代码可读性低，且容易出错，程序运行中通常会出现错误无法定位的情况，只能通过重新录入或其他方式进行改正。
对此，我们通过对核设施生产业务流程的分析研究以及归类，对核材料的变化类型建立了以下几种管理模型：
（1）进出平衡区管理模型
针对有核材料进出平衡区的情况，平衡区内核材料总量发生变化，所涉及的核材料变化种类包括核材料平衡区间的调入、调出，非管制范围的调入、调出，原材料的调入、调出，豁免范围的调入、调出，转为废物或废物返回，意外收入或事故损失，有测量的损失或丢弃。
（2）材料种类变化管理模型
针对平衡区内元素种类发生变化的情况，所涉及核材料变化类型包括核消耗与核产生。
（3）物料种类变化管理模型
针对平衡区内元素种类未发生变化，仅物料种类变化的情况，所涉及核材料变化类型包括投入、产出。
（4）平衡区核材料总量及物料种类无变化的管理模型
针对平衡区内物料批量、位置发生变化，平衡区内核材料总量及物料种类无变化的情况，所涉及核材料变化类型包括批重组、内部转移等。
2.3账目系统数据流程设计
核设施新型核材料账目管理系统主要由报告层、帐目层、支持性文件层以及原始记录层四个层次组成，通过四个文件层次，逐层剔除核材料生产数据，在最大限度保留核材料数据完整、准确、可追溯的前提下，充分提炼核材料管制数据，并向国家监管部门报送报告。
原始记录层主要由核设施各类日常生产数据组成，包括核材料的调入、调出、转移、调整、投入/产出、取样分析等核物料的使用数据。
支持性文件层数据以天为单位将原始记录数据汇总成变化记录、存量记录和转移记录，并将相同类型的变化、转移和存量数据进行汇总，当扔保留部分生产信息，如容器编号、毛皮净重等信息。
帐目层数据可统计时间周期内的期初量、变化量以及期末量数据，帐目层数据来源于支持性文件层，统计中将生产相关的数据进行剔除，仅保留核材料数据（即元素量和同位素量）。
报告层数据来源于帐目层，将帐目层中的同类变化进行汇总，剔除未引起平衡区核材料总量变化的数据，生成核材料存量变化报告、核材料库存清单以及核材料平衡统计报告，用于反映核设施平衡区内核材料存量、变化量以及平衡统计情况。
核设施新型核材料账目管理系统数据流程见图6。
2.4代码体系设计
为描述核设施核材料的权属、位置、特性以及帐目中的登记科目，进而实现核材料的全流程跟踪，核设施新型核材料账目管理系统基于核材料管制业务规则，设计了统一的编码体系。
（1）材料特征代码
材料特征代码用于描述核材料的基本特性，包括核材料权属、目前所在的位置、所属批次、核材料类型[2]描述。代码结构如下：
国家代码：用于描述核材料的首次来源国。
设施代码：用于描述核材料所属核设施单位。
平衡区代码：用于描述核材料所属平衡区。
年度：用于描述核材料批次所属年份。
序号：用于描述年度内核材料的物料批次顺序。
物料批次：是核材料衡算帐目中的记录单元，一批“同类型的特定物料”给予一个特定的“批号”，代表这一批物料。
元素代码：用于描述核材料的元素类型。
同位素代码：用于描述核材料的同位素类型。
物理形态代码：用于描述核材料的物理形态。
化学形态代码：用于描述核材料的化学形态。
容器状态代码：用于描述装载核材料的容器类型。
辐照状态代码：用于描述核材料的辐照状态。
（2）帐目登记代码
帐目登记代码用于描述核材料在帐目报告中的登记项目，包括核材料的变化情况，测量情况等。代码结构如下：
帐目登记项：核材料数据所属的统计科目。
关键测量点代码：核材料数据的来源。
材料变化类型代码：用于描述核材料存量变化的类型。
测量质量代码：用于描述核材料数据数值的来源。
测量时间与地点代码：用于描述核材料数据的测量情况。
3 应用情况
核设施新型核材料账目管理系统是基于国家核材料管制监管要求和业务逻辑开发的新型核材料账目管理系统，该系统与现行核材料账目软件的主要差异见表1。
核设施新型核材料账目管理系统现已在辽宁红沿河核电有限公司、山东核电有限公司、秦山核电基地、大亚湾核电基地、宁德核电有限公司、阳江核电有限公司、江苏核电有限公司、中核建中核燃料元件有限公司、中核北方核燃料元件有限公司、中核兰州铀浓缩有限公司、中核二七二铀业有限责任公司、中国核动力研究设计院、中科院上海应物所等多家单位开展试用，并取得了良好的应用反馈。
参考文献：
[1] 国家核材料管制数据库研究报告。国家核安保技术中心，2020年12月。
[2] 核材料管制帐目和衡算管理数据代码与采集格式. 中华人民共和国核行业标准 EJ/T987-96中国核工业总公司.
作者简介：田 川(1983—)，男，北京，高级工程师，学士，现从事核安保及核材料管制工作。
