铀尾矿库氡析出机理及其影响因素研究进展

氡来源于土壤、铀尾矿、岩石等多孔射气介质,铀尾矿库滩面是尾矿堆积或沉积体与大气环境直接接触的暴露面,氡气从该交界面析出并经大气弥散而污染周边环境,覆盖处置是滩面控氡的主要手段。本文以典型铀尾矿库滩面为例,综述氡析出机理及其影响因素,阐述了多孔射气介质固有特性及外部气象环境条件对铀尾矿库滩面氡析出的影响机制。结果表明,国内外学者已对多孔射气介质固有特性影响氡析出的规律开展了大量研究,但由于实验尺度、研究方法存在差异,矿物颗粒特征影响氡析出机制的解释仍存在争议,外部气象环境等因素对铀尾矿库滩面氡析出的影响机制尚不明确。为此,提出今后研究的关注点：(1)真实条件下,氡析出过程的合理表征形式;(2)开展大尺度实验探究多孔介质固有特性对铀尾矿库滩面氡析出的影响机制。     

驻极体法在铀尾矿库氡析出率调查中的应用研究北大核心CSCD

氡析出率的测量对于我国铀矿冶设施退役治理具有重要意义,是评价铀尾矿库防氡覆盖治理效果的关键环节。针对我国铀尾矿库氡析出率调查工作量大、仪器测量周期长的问题,本研究提出基于驻极体的氡析出率技术方法,缩短氡析出率测量时间,以此增加每日布置测量点位的频次,实现对广域铀矿冶场所氡析出率的快速调查。实验室校准和现场应用结果表明,该方法装置可靠、方法可行、结果可信,在氡析出率测量点位数量相同条件下,驻极体法测量耗时是RAD7测量耗时的2/9。     

车江铜矿室外氡水平研究

原环保部2014年对湖南衡阳272尾矿库及周边进行了航测,意外发现在尾矿库西南方向、湘江上游附近有一辐射水平异常区域,后经调查该地区为车江铜矿地区。为了调查车江铜矿这一非铀矿山及其周边的氡活度浓度水平与氡的来源,采用了固体核径迹法与活性炭盒法对其氡活度浓度和氡析出率展开测量,并将氡析出率连续测量与活性炭盒法所测氡析出率结果进行对比分析。调查发现,该区域所有取样点位冬季和夏季氡活度浓度测量结果平均值分别为31.0 Bq·m^-3和22.9 Bq·m^-3;从区域分布上来看最高的均为农田区,其次为原采矿区。土壤氡析出率测量结果最高的同样为农田区,但是均远低于铀尾矿的氡析出率限值0.74 Bq·m^-2·s^-1。氡活度浓度日变化趋势与氡析出率的日变化趋势较为一致。上述结果表明车江铜矿地区的室外氡活度浓度较高与其土壤氡的析出有关。     

水浸颗粒堆积型射气介质氡析出规律的理论研究

铀尾矿库和地表浸铀铀矿堆是一种颗粒堆积型射气介质,其水位的变化和覆水厚度对氡迁移与析出的影响不容忽视。为揭示这类介质表面氡析出的规律,本文基于菲克定律和气液两相界面氡的传输理论,建立了水浸颗粒堆积型射气介质氡的一维传输-扩散数学模型,并获得稳态条件下气液两相体系中氡浓度分布的解析解和氡析出率的计算公式。通过研究,获得以下结论：1）水位为0 m时,颗粒堆积型射气介质表面氡析出率随介质厚度的增大而增大,其增长率随厚度的增大而减小;2）介质表面氡析出率随水位的增大先增大后减小;3）当水体高度大于射气介质厚度时,覆水表面氡析出率随覆水厚度的增大而减小,随覆水氡扩散系数的增大而增大。     

铀尾矿库覆盖降氡黏土参数优化

为减少铀尾矿库上氡的析出,降低辐射危害程度,通常采用黏土覆盖铀尾矿库。对于覆盖黏土,其压实度和含水率是现场可控的,同时黏土压实度和含水率分别对覆盖厚度有着较大的影响。当黏土含水率大于最优含水率后,随黏土最大压实度增加,含水率反而减少。由此造成了在一定降氡效率前提下,压实度、含水率和覆盖层厚度间存在非线性变化关系。为取得合适的黏土覆盖厚度,本文对覆盖黏土的土工参数与黏土覆盖厚度间关系进行了分析,优选出了部分土工参数值。     

西安某实验楼氡析出水平调查及辐射剂量估算

本文对西安某实验楼氡析出水平进行了调查和辐射剂量估算。结果表明:地面的平均氡析出率为(0.016±0.007)Bq·m-2·s-1,墙面的平均氡析出率为(0.007±0.003)Bq·m~(-2)·s~(-1),室内平均氡浓度为(16.8±3.25)~(43±1.0)Bq/m~3,实验楼氡及其子体对实验室公众年均有效剂量为0.121~0.310 mSv/a。墙面氡的析出受地下土壤氡浓度影响较小,地面氡的析出受地下土壤氡浓度影响较大,氡浓度和年均有效剂量都未超过国家规定的控制标准。     

含氡放射性水体氡析出规律的理论研究

利用氡扩散运移理论,建立了水体内氡迁移的一维微分方程,推导了水中氡浓度及水体表面氡析出率的计算公式;研究了水底射气介质氡析出率、氡传输速率、水中氡扩散系数以及水体深度等参数对水中氡浓度和水体表面氡析出率的影响。结果表明:在其他参数保持不变时,(1)同一深度处的水中氡浓度和水体表面氡析出率均随水底射气介质氡析出率的增大而增大;(2)同一深度处的水中氡浓度随氡传输速率的增大而减小,而水体表面氡析出率随氡传输速率的增大而增大,且当氡传输速率大于1×10-6m/s时,氡传输速率的变化对水体表面氡析出率的影响不明显;(3)同一深度处的水中氡浓度和水体表面氡析出率均随水中氡扩散系数的增大而增大;(4)水体表面处的水中氡浓度和水体表面氡析出率均随水体深度的增大而减小。     

氡析出率快速测量的不确定度评定

氡析出率测量受外界环境因素影响较大,为科学合理地评定氡析出率快速测量结果的准确性。结合不确定度原理,建立氡析出率快速测量方法的理论分析模型,分析其不确定度来源,评定其不确定度。结果表明,快速测量方法在氡析出率0.39-2.62 Bq·m~(-2)·s~(-1)的标准装置上,105 min快速测量的结果其相对合成标准不确定度在12%以内。研究结果为氡析出率快速测量方法的置信程度评定提出了新的评价方法。     

花岗岩氡析出影响因素研究进展北大核心CSCD

随着对氡气危害认识的加深,花岗岩作为生产、生活上接触较多的天然辐射来源,其氡析出特征对人居环境的辐射影响得到广泛关注。本文从岩石的原生特性和次生变化两方面对花岗岩的氡析出进行文献综述,发现花岗岩氡析出与岩石化学成分、矿物成分和成因类型等原生特性以及次生风化和蚀变导致的放射性核素分布、矿物颗粒大小以及岩石微裂隙等因素密切相关。研究表明,铀镭活度与花岗岩氡析出表现出线性相关,但受铀赋存矿物类型的影响,矿物成分的具体影响还需进一步研究,可能与其构造背景或者物质来源有关。岩石次生变化对花岗岩氡析出的影响主要表现为风化和蚀变使得放射性核素迁移到颗粒表面和岩石裂隙等有利于氡析出的位置,而颗粒变小比表面积增大以及岩石内表面积和孔隙率增加使得铀镭发生富集和逃逸,从而最终促进岩石氡的析出。岩石原生特性和次生变化对花岗岩的氡析出起着重要的影响作用,铀镭活度可以作为花岗岩氡析出率潜力的预测指标,而对于矿物成分和岩石的次生变化则是研究花岗岩氡析出的重要潜在因素。故此,未来需要系统研究并定量描述岩石化学、矿物成分和次生变化,并据此建立合理有效的岩石氡析出模型,帮助更全面地掌握岩石中氡析出规律,为地下工程及人居环境的氡防护提供理论依据。     

氡扩散系数与覆土性质及环境条件关系实验

治理铀废石堆的主要手段为砌拦渣墙、土壤覆盖并植树等,但是对于不同性质土壤、季节（温度、湿度）变化条件下的防护效果没有进行系统的研究。本文对铀废石堆覆盖不同物理性质（颗粒密度、孔隙比、含水率等）土壤,在不同环境条件下,测量其表面的氡析出率。结果发现,氡在土壤中的扩散系数随着土壤粒径增大而增大,随着含水率的增加而减小。     

膨润土/石灰粉改良土壤的降氡效果

在土壤中添加不同比例的膨润土或石灰粉,比较添加前后土壤覆盖层厚度相同时的降氡效果。本研究利用具有稳定氡析出率的标准模块(35 cm×35 cm×12 cm)作为源项,并自制截面为正方形(30 cm×30 cm)高度可调的实验箱,实验时尽量保持含水率和压实度一致。实验结果表明:随土壤中膨润土或石灰粉添加比例的增大降氡效果越好,且添加膨润土比石灰粉降氡效果更好;对结果进行曲线拟合分析,得出了添加不同比例膨润土或石灰粉的土壤覆盖厚度与降氡效果的对数关系式,并计算出了相应的氡扩散系数;推导出了在满足退役管理限值0.74 Bq·m^-2·s^-1时,覆盖前氡析出率与所需覆盖土壤厚度的关系式,可用于待治理氡析出率表面的保守覆盖厚度的计算。通过经济比较分析,得出了在添加比例较低时,所需费用比原始土壤高,添加比例较高时,所需费用比原始土壤低,且所需费用随着添加比例的增加而减小。     

铀尾矿粒度对氡析出影响的蒙特卡罗模拟

基于核反冲理论建立了铀尾矿氡析出的数学模型和蒙特卡罗模拟方法,模拟了不同含水饱和度条件下铀尾矿颗粒粒度对氡析出的影响。结果表明,镭分布于颗粒表面时,4种含水饱和度（5%、20%、50%、75%）条件下的K均随颗粒尺寸的增大先增大后趋于稳定。镭分布在距颗粒表面34 nm和68 nm时,含水饱和度为5%或20%的条件下,K先增加后趋于稳定,而含水饱和度为50%或75%的条件下,K随颗粒尺寸的增大先稍有下降然后逐渐稳定。运用蒙特卡罗方法计算了各铀尾矿样品的氡析出率,计算的氡析出率与实测铀尾矿氡析出率符合较好,相对误差为3%～9%。     

利用驻极体提高测氡灵敏度的研究

铀矿井、某些非铀矿井和室内外的氡监测以及铀尾矿堆和建筑材料氡析出率的测量,是职业和环境辐射卫生评价的重要内容。利用驻极体在被动采样小室内产生收集氡子体的静电场,极大地提高了氡监测的灵敏度,测氡暴露量的探测下限为6.4Bq/m~3·h~(-1),采样周期为2d时,测氡浓度的探测下限为0.13Bq/m~3,采样周期为1h时测氡析出率的探测下限为0.55mBq/m~2·s。     

氡析出率测量仪的研制

介绍了一种测介质表面氡析出率的装置。该测量装置的探头是Φ50金硅面垒半导体探测器,收集室用直径21.4cm,高11.5cm的聚乙烯圆筒,内层贴有0.5mm厚的紫铜皮制成;外层的反扩散室为正方形,其边长32cm,由厚0.8mm的金属板制成。该装置是就地测量氡析出率的可携式装置。装置的探测效率为21％～72％(相对湿度100％～0);本底为(0.21±0.03)计数/min;对氡析出率测量的灵敏度为1.2×10~(-5)Bq·m~(-2)·s~(-1)(测量时间7h)。     

铀矿山废石堆与尾矿库覆盖抑氡实验效果对比研究

覆土抑氡是铀矿冶场址退役重要手段,覆土实验研究结果可为退役治理工程的设计与环境影响评价等工作提供科学依据。研究针对废石堆与尾矿库两种典型铀矿冶退役覆盖场地,设计覆土试验,确定了覆盖介质、覆土场地尺寸、压实度、监测方法等。根据覆土实验结果对比讨论两种场地氡析出率、覆土厚度、介质扩散系数之间的关系,建立了相应的函数关系表达式。结果表明,两种覆盖场地覆土厚度与氡抑制效果显著相关,但废石堆与尾矿库在覆盖过程中覆土厚度与氡抑制效果在不同的覆土层表现不同。研究结果可应用于指导覆土施工现场工作。     

铀尾矿堆覆盖材料混合智能优化选择研究

根据铀尾矿堆放射性污染物特性,建立了覆盖条件下铀尾矿堆氡迁移的动力学模型。在覆盖材料的优化选择过程中,建立了以氡析出率和成本为决策目标的多目标决策模型,该模型有效融合了免疫遗传算法与TOPSIS排优方法的优点求解多目标决策模型。通过该模型可得到氡析出率最小时,覆盖材料物理性能参数的最优值及最优覆盖材料。参数优化结果表明,氡析出率与覆盖材料孔隙度及扩散系数呈正比,与覆盖材料厚度呈反比。方案排优结果证实,使用可行解沥青进行覆盖能取得很好的环境及经济效益。     

对氡析出率测量的影响

采用局部静态法测量介质表面的氡析出率时 ,受表面同时析出 土气的影响 ,测量值可能偏高。由于土气子体 2 16Po的半衰期T1/2 =0 .1 5s,在设计氡析出率测量装置时 ,合理选择采样器高度可有效减小甚至克服 土气对氡析出率的测量影响。用采样截面为1 88mm、高 1 2 5mm、内加静电场 (由直流电源或驻极体产生 )的采样器 ,采样周期分别为 1、2和 3h ,被测介质表面 土气析出率比氡的高 2个数量级条件下 ,研究了氡析出率受 土气干扰的程度。理论计算结果表明 :采用CR 39固体核径迹探测器的驻极体多功能快速测氡仪和电源式多功能快速测氡仪测量氡析出率时 ,测量结果受 土气的干扰可能偏大 35 5 % ,而采用金硅面垒作探测器的PCMR 1连续测氡仪测量 ,氡析出率受 土气的干扰可忽略不计。     

活性炭吸附-液闪法测量建材氡析出率的研究

为实现建材样品氡析出率的自动化测量,本文研究了一种活性炭吸附-液闪测量建材氡析出率的方法,并通过比较活性炭吸附-液闪法与活性炭吸附-γ能谱法在氡析出率标准装置、铀矿砂水泥砖及发泡砖表面测量值之间的差异,验证该方法的准确性。测量结果表明：活性炭吸附 液闪法可在一定条件下忽略反扩散的影响;根据制备的C-LS-Rn标准源可得其刻度系数为72.36 min^-1•Bq^-1,对氡的计数效率为120%;累积时间为72 h的最小可探测氡析出率为8.15×10^-4 Bq/(m²•s);该方法与活性炭吸附-γ能谱法测量结果的相对偏差为10%左右,在可接受范围内。     

爆破后压入式通风独头巷道内氡的运移模型

为有效指导铀矿井下独头巷道的通风设计,基于质量守恒定律和置换通风理论,首先建立了描述爆破后压入式通风独头巷道内抛掷空间和风流末端氡活度浓度随通风时间变化的计算模型,利用该模型得到了达到氡活度浓度限值条件的最短排氡通风时间的确定方法;然后分析了不同参数对风流末端氡活度浓度以及最短排氡通风时间的影响。结果表明,爆破后,独头巷道风流末端氡活度浓度在一定通风时间内保持不变,之后瞬间增至峰值,最终逐渐衰减至稳定;在其他参数一定的情况下,风流末端氡活度浓度开始剧增的时间随巷道长度的增加而减小,随风量增加而增大;风流末端氡活度浓度衰减速率随风量的增加而增大;风流末端氡活度浓度峰值随掘进面铀品位的增加而增大;最短排氡通风时间随巷道长度和掘进面铀品位的增加而增大,随通风量的增加而减小。     

开环式氡析出率连续测量中抽气流率的影响

应用MATLAB对开环式氡析出率测量过程中不同抽气流率下集氡罩内氡浓度随时间的变化规律进行模拟计算,并用实验对计算结果进行了验证。结果表明,在氡析出率测量时保持集氡罩参数不变的情况下,随着抽气流率的增大,集氡罩内平衡氡浓度值减小,达到平衡氡浓度的时间也缩短。实验表明,集氡罩内的平衡氡浓度的减小可最大限度地减小泄露与反扩散的影响;抽气流率的变大使集氡罩内达到平衡氡浓度时间缩短以及集氡罩内的充气均匀性愈好。通过本次实验,获得的抽气流率为1.94-3.0 L·min~(-1),集氡罩底面积为299 cm~2,体积为1.79×10~(-3)m~3。