廢渣堆的氡析出與覆土厚度關(guān)系探討

■郇慶增（天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊(duì)天津301800）

廢渣堆的氡析出與覆土厚度關(guān)系探討

■郇慶增
（天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊(duì)天津301800）

本文是依據(jù)鈾礦廢渣堆中的放射性元素氡氣在不同條件下的逸出濃度不同，我們?cè)诓煌竟?jié)、不同土質(zhì)、不同厚度、不同壓實(shí)環(huán)境等條件下進(jìn)行氡的放射性測(cè)量試驗(yàn)，進(jìn)行單位面積、單位時(shí)間的放射性元素氡的析出測(cè)量，根據(jù)測(cè)量值的大小以此來(lái)確定覆蓋不同條件下的覆蓋土厚度。確定關(guān)系式，結(jié)合當(dāng)?shù)氐男韪采w土質(zhì)的性質(zhì)與相關(guān)參數(shù)，快速推算出黃土覆蓋厚度，從而直接推算出覆蓋黃土量。取得的經(jīng)濟(jì)效益是為地質(zhì)找礦服務(wù)，提供地質(zhì)找礦的理論依據(jù)，同時(shí)根據(jù)輻射強(qiáng)度直接測(cè)量結(jié)果，采用有效手段將高強(qiáng)度、高輻射物質(zhì)進(jìn)行屏蔽，減少放射性微粒向自然界中擴(kuò)散，保護(hù)輻射環(huán)境安全，為人居環(huán)境服務(wù)。

放射性 氡氣 析出 試驗(yàn)

1　引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，氡是排第二位的肺癌致病因子，國(guó)際癌病研究機(jī)構(gòu)已將氡及子體列為Ⅰ類致癌因素，WTO把它作為十九種人類重要的致癌因子之一，因此在放射環(huán)境作業(yè)中，氡及其子體的致癌效應(yīng)引起了廣泛的關(guān)注。

本文是依據(jù)鈾礦廢渣堆在整治過(guò)程中的放射性測(cè)量，取不同的覆蓋層厚度土質(zhì)進(jìn)行土工試驗(yàn)，測(cè)試不同條件下的土質(zhì)物理性質(zhì)、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，了解其密度、顆粒級(jí)配、壓縮系數(shù)、孔隙比、含水率等，然后在放射性廢渣堆氡析出較高的地方分別作試驗(yàn)，逐次逐層地覆蓋黃土或壓實(shí)黃土，進(jìn)行單位面積、單位時(shí)間的放射性元素氡的析出測(cè)量，以此來(lái)確定不同厚度、不同壓實(shí)條件下的氡析出率，并以廢渣堆上測(cè)得的氡析出率大小來(lái)確定需要覆蓋不同條件下的覆蓋土厚度。

2　本項(xiàng)目的試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

2.1工程整治目的

本項(xiàng)目是在輻射環(huán)境治理的基礎(chǔ)上，針對(duì)鈾礦地質(zhì)勘探活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的放射性廢渣堆進(jìn)行綜合工程治理，經(jīng)治理后的廢渣堆能與周圍自然景觀融為一體，增加了綠化面積，同時(shí)也減少了水土流失，覆蓋后的表面輻射劑量大大降低，基本上達(dá)到了本底值水平，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境、改善生態(tài)環(huán)境的目的。

2.2確定氡析出率與覆蓋黃土厚度的關(guān)系式

依據(jù)在工程整治過(guò)程中項(xiàng)目的野外放射性測(cè)量與覆蓋黃土的土質(zhì)、覆蓋厚度，了解不同覆蓋條件下氡的析出與土壤顆粒度、松軟程度、含水率、厚度等特征，確定氡析出率與覆蓋黃土厚度的相關(guān)關(guān)系。

3　輻射測(cè)量方法

3.1選用儀器

輻射測(cè)量?jī)x器主要有環(huán)境γ+Χ輻射劑量率測(cè)量?jī)x，氡析出率儀器等；

普通儀器主要用壓縮儀；密度儀；鋼尺等。

3.2土質(zhì)選材

選用與需要治理的廢渣堆比較近的當(dāng)?shù)攸S土、粘黃土、熟土等。

3.3工作時(shí)間

由于地質(zhì)原因和季節(jié)性的原因，避開(kāi)雨季和干燥季節(jié)，選定在五月份和十月份，進(jìn)行不同條件下的野外土工試驗(yàn)與氡析出率測(cè)量。

4　氡析出率測(cè)量影響條件

4.1野外輻射測(cè)量

4.1.1測(cè)量輻射強(qiáng)度

運(yùn)用環(huán)境γ+Χ輻射劑量率測(cè)量?jī)x測(cè)量土壤或坑道廢渣堆的輻射劑量率大小，選定測(cè)量范圍與配合測(cè)量氡析出率；

4.1.2測(cè)量氡析出率

用氡析出率儀器在選定的部位測(cè)量不同覆蓋條件下的氡析出率；選定約一平方米的渣堆，進(jìn)行平整，將氡析出率儀器放置在上面，在四周覆蓋黃土，進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)單位面積的氡析出率。

逐層覆蓋黃土后平整壓實(shí)，重復(fù)以上測(cè)量方法。

4.2不同條件下的氡析出率測(cè)量影響

4.2.1土質(zhì)的影響

取不同的土質(zhì)分別做試驗(yàn)，確定土質(zhì)性質(zhì)；進(jìn)行野外測(cè)量不同覆蓋土質(zhì)情況下的氡析出率，一般情況下，土的密實(shí)度、顆粒度、粘度決定了氡的析出率的大小。

取不同的土質(zhì)覆蓋渣堆并夯實(shí)，覆蓋厚度均為30cm，測(cè)量值如下：

表1　單位厚度不同土質(zhì)的氡析出率　Bq/m2·s

4.2.2土的密度的影響

取同一土質(zhì)做不同壓實(shí)條件下的土工試驗(yàn)，確定不同條件下的密度；在野外進(jìn)行測(cè)量相同厚度、不同密度情況下的氡析出率測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果如下：

表2　不同密度土質(zhì)的氡析出率　Bq/m2·s

相同的土質(zhì)由于其壓實(shí)度不同有著不同的密度，其壓縮系數(shù)、孔隙比也隨著壓實(shí)度的不斷增加而減小，在等覆蓋層厚度條件下，氡的析出也隨著密度的增加而減小。

4.2.3氣候條件的影響

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明，氡的析出受氣候條件變化也有相應(yīng)的變化，由于條件的限制我們只做了兩組值，同一地點(diǎn)同一強(qiáng)度下，七月份做的試驗(yàn)測(cè)量值要比九月份的測(cè)量值大，即秋季的氡析出率要比夏季的測(cè)量值小。

需要特別說(shuō)明的是，與Freebase[13] 等完全結(jié)構(gòu)化的知識(shí)庫(kù)不同，本文使用的知識(shí)包含的未“規(guī)整化(normalized)”事實(shí)。一方面，知識(shí)庫(kù)可能使用不同的符號(hào)表示具有相同概念的實(shí)體和屬性，例如，謂詞“出生地”、“出生的地方”和“生于”都表示相同的語(yǔ)義關(guān)系“出生地點(diǎn)”。另一方面，事實(shí)三元組的賓語(yǔ)部分(及尾部實(shí)體)常常是未鏈接到實(shí)體上的字符串，未鏈接有兩種情況，一種是可以鏈接但是沒(méi)有鏈接(如“出生地”為“中國(guó)北京”可以鏈接到實(shí)體“中國(guó)北京市”)，而另一種是無(wú)法鏈接(如“三度榮登時(shí)代周刊年度風(fēng)云人物”)。

4.2.4水的含量影響

水的含量也同樣決定著氡的析出，一般情況下水的含水量越小，其氡的析出率也相對(duì)較大。

表3　同一土質(zhì)不同含水量的氡析出率　Bq/m2·s

含水量越大，對(duì)于氡的析出也相對(duì)越來(lái)越小，但含水量在4～7時(shí)，此時(shí)的氡析出是最小，覆蓋效果也較好。

5　渣堆的氡析出與覆土厚度關(guān)系

5.1前期準(zhǔn)備

選定儀器：環(huán)境γ+Χ輻射劑量率測(cè)量?jī)x和氡析出率儀器，進(jìn)行儀器刻度，確保儀器精度；

選定黃土：根據(jù)距渣堆的遠(yuǎn)近程度，選定土質(zhì)，進(jìn)行取樣，送到實(shí)驗(yàn)室作土工試驗(yàn)；

選定渣堆：在野外三處坑道廢渣堆進(jìn)行環(huán)境γ+Χ輻射測(cè)量，圈定高值區(qū)，用氡析出率儀器進(jìn)行氡析出率測(cè)量工作。

5.2測(cè)量試驗(yàn)

5.2.1高輻射條件下的測(cè)量結(jié)果

在渣堆上選定輻射劑量率強(qiáng)度高的區(qū)域，在無(wú)覆蓋黃土條件下進(jìn)行放射性測(cè)量，其測(cè)量值為1.28 Bq/m2·s，選定黃土，在實(shí)驗(yàn)條件下確保黃土密度為壓實(shí)條件下(野外)的密度（1.7t/m3），其測(cè)量值為0.15 Bq/m2·s，然后取大量黃土進(jìn)行分層覆蓋，測(cè)量不同厚度情況下的氡析出率，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)下表。

表4　同一土質(zhì)不同覆蓋厚度條件下的氡析出率Bq/m2·s

5.2.2中等輻射條件下的測(cè)量結(jié)果

在渣堆上選定中等輻射強(qiáng)度區(qū)域，在無(wú)覆蓋黃土條件下進(jìn)行放射性測(cè)量，其測(cè)量值為1.06 Bq/m2·s，選定黃土，在實(shí)驗(yàn)條件下確保黃土密度為壓實(shí)條件下的密度（1.7t/m3），其測(cè)量值為0.15 Bq/m2·s，然后取大量黃土進(jìn)行分層覆蓋，測(cè)量不同厚度情況下的氡析出率，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)下表。

表5　同一土質(zhì)不同覆蓋厚度條件下的氡析出率　Bq/m2·s

5.3確定關(guān)系式

根據(jù)高、中輻射強(qiáng)度不同覆蓋黃土厚度情況下的氡析出率測(cè)量結(jié)果，逐步建立關(guān)系式：

（1）高強(qiáng)度區(qū)域無(wú)覆蓋情況下測(cè)得氡析出率為1.28Bq/m2·s，到達(dá)規(guī)定值0.74Bq/m2·s時(shí)需要覆蓋厚度41cm。

41=A ln1.28/0.74+B（1）

（2）中等強(qiáng)度區(qū)域無(wú)覆蓋情況下測(cè)得氡析出率為1.06Bq/m2·s，到達(dá)規(guī)定值0.74Bq/m2·s時(shí)需要覆蓋厚度33cm。

33=A ln1.06/0.74+B（2）

（1）和（2）合解得：A=42.10B=17.80

（3）渣堆的氡析出與覆土厚度關(guān)系：

h=ALnNa/No+B

A=42.10

B=17.80

當(dāng)?shù)卦训碾蔽龀雠c覆土厚度關(guān)系式為：

h=42.10 LnNa/No+17.80

式中：h～需要覆蓋夯實(shí)黃土厚度，cm；Na～實(shí)測(cè)表面222Rn析出率，Bq/m2·s；No～222Rn析出率目標(biāo)管理限值，0.74Bq/m2·s。

6　結(jié)束語(yǔ)

本次試驗(yàn)是基于野外而進(jìn)行的，根據(jù)試驗(yàn)表明，氡的析出率與土質(zhì)、密度、氣候、濕度、覆蓋厚度等關(guān)系密切，一般情況下，粘土作為最佳土質(zhì)，但容易干裂，達(dá)不到治理效果，改用黃土；覆蓋厚度采用夯實(shí)厚度即可，有時(shí)適當(dāng)考慮氣候條件，惡劣條件下可適當(dāng)加厚覆蓋厚度。

取得的直接經(jīng)濟(jì)效益：在工程整治前，通過(guò)測(cè)量的氡析出率值的大小，結(jié)合當(dāng)?shù)氐男韪采w土質(zhì)的性質(zhì)與相關(guān)參數(shù)，參考規(guī)定限值（氡析出率小于0.74Bq/m2·s），推算出廢渣治理過(guò)程中的黃土覆蓋厚度，從而直接推算出覆蓋黃土量。其他方面：一是依靠測(cè)得的氡析出率大小，確定放射性物質(zhì)的輻射強(qiáng)度，提供地質(zhì)找礦的理論依據(jù)；二是通過(guò)對(duì)居住環(huán)境基礎(chǔ)氡析出率測(cè)量，確定是否達(dá)到輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，如果超過(guò)規(guī)定的氡析出率限值，就要作基礎(chǔ)處理，減少放射性微粒向自然界中擴(kuò)散，為人居環(huán)境服務(wù)。

[1]《鈾礦冶設(shè)施退役環(huán)境管理技術(shù)規(guī)定》 （GB14586～93）附錄A中規(guī)定，廢石場(chǎng)等經(jīng)最終處置后，其表面平均222Rn析出率不超過(guò)0.74Bq/m2·s.

[2]《放射性污染防治法》GB12770～2003.

[3]《電離輻射防護(hù)與輻射安全基本標(biāo)準(zhǔn)》GB18871～2002.

[4]《放射性廢物管理規(guī)定》GB14500～2000.

[5]《放射性物質(zhì)安全運(yùn)輸規(guī)程》GB11806～2004.

[6]《鈾礦地質(zhì)設(shè)施退役輻射防護(hù)環(huán)境安全規(guī)程》2001.

P624[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～70～2

張佳俐（1988～），女，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)勘查與找礦。