為了祖國的能源與國防安全
——記東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

朱天星/文

日前，科技部與江西省人民政府聯(lián)合發(fā)文，正式批準(zhǔn)依托東華理工大學(xué)省部共建“核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。這是我國核資源與環(huán)境領(lǐng)域首個國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

鈾是被譽(yù)為“核工業(yè)的糧食、戰(zhàn)略核力量的軍工基石”的重要戰(zhàn)略資源和能源礦產(chǎn)，鈾資源的勘查、采冶和核廢物處置等相關(guān)科研問題成為眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。東華理工大學(xué)建立的核資源與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，重點(diǎn)圍繞鈾成礦理論與勘查方法、鈾礦采冶方法與技術(shù)、核廢物處置與環(huán)境治理三個研究方向開展基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究，形成了國內(nèi)一流、國際知名的核資源與環(huán)境基礎(chǔ)研究能力，成為孕育國家一流核資源與環(huán)境領(lǐng)域人才和技術(shù)的搖籃。

卡脖子逢山爬山 遇水涉水

全球鈾礦資源豐富，但分布極為不均，主要集中在澳大利亞、哈薩克斯坦、加拿大、俄羅斯等國。在鈾礦勘探方面，加拿大、澳大利亞等具有資源優(yōu)勢的國家走在世界前列，其深部鈾礦勘查可達(dá)2000-3000米。目前我國絕大部分地區(qū)的勘查深度不足500米，在深地探測中仍有巨大的找礦潛力。隨著核電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，我國鈾礦資源需求持續(xù)攀升。因此，擴(kuò)大儲量、提升產(chǎn)能，保障鈾資源供應(yīng)安全成為一塊難啃的硬骨頭。

但地質(zhì)人最不怕的，就是啃硬骨頭。作為全國核資源與環(huán)境領(lǐng)域?qū)W科體系最為齊全的高校，東華理工自誕生之日起就開啟了數(shù)十年如一日的“入地”攻關(guān)。

新時期，為突破我國鈾資源“第二勘查空間”，攻克深地鈾資源勘查的關(guān)鍵科學(xué)瓶頸，東華理工核資源與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室發(fā)揚(yáng)地質(zhì)人“逢山爬山，遇水涉水”的精神，培養(yǎng)和集聚核資源勘查與方法研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、地球探測與信息技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、鈾資源勘查與鈾礦產(chǎn)品提取技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等多個高層次人才隊(duì)伍，以我國典型鈾礦集區(qū)為研究對象，開展鈾礦地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)的綜合研究，建立典型礦床找礦模型，拓展找礦空間，擴(kuò)大找礦成果；加強(qiáng)深部鈾礦勘查方法與技術(shù)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究，對鈾資源精準(zhǔn)定量與評價，為國家鈾礦資源勘查提供理論支撐。

采冶艱埋頭苦干 奮力趕超

在我國鈾礦分布版圖中，南方多為硬巖型鈾礦，北方多為砂巖型鈾礦。礦床類型不同，采冶方式也不盡相同。實(shí)驗(yàn)室主任孫占學(xué)教授介紹，“硬巖型鈾礦采冶通常采用成本相對低廉的鈾礦堆浸方法技術(shù)。但隨鈾資源需求量逐年迅速上升，硬巖型鈾礦山淺部富礦資源被逐漸開采殆盡，而低品位鈾礦石的堆浸資源回收率低，廢石和尾渣等存在較大的環(huán)境問題，致使鈾礦開發(fā)難度加大，生產(chǎn)成本增高。而針對砂巖型鈾礦采冶，相關(guān)技術(shù)走在世界前列的美、俄等國通常采用酸法或微試劑中性浸出等化學(xué)浸出方法。但對埋藏深、品位低、還原性強(qiáng)、成分復(fù)雜的鈾礦石，這些方法均難取得理想效果?！蹦侨绾谓?jīng)濟(jì)、環(huán)保、有效地開采復(fù)雜難處理鈾礦？怎樣解決這類鈾礦“浸出機(jī)理與控制方法”這一重大科學(xué)問題？

針對硬巖型鈾礦采冶，實(shí)驗(yàn)室的科研團(tuán)隊(duì)提出“生物-礦物-溶浸液強(qiáng)關(guān)聯(lián)”的難處理鈾礦生物強(qiáng)化浸出理論，研發(fā)出新型綠色生物堆浸系統(tǒng)集成工藝，現(xiàn)已推廣應(yīng)用并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。針對砂巖型鈾礦采冶，實(shí)驗(yàn)室沿著生物地浸采鈾技術(shù)的發(fā)展方向，重點(diǎn)開展鈾礦浸出水-巖作用機(jī)理、微生物浸鈾方法與技術(shù)以及鈾分離與測試新方法三個方面的研究。目前，實(shí)驗(yàn)室已將研究成果應(yīng)用于伊犁盆地難浸翼部礦體鈾資源回收，取得了良好成果。

同時，鈾礦采冶樣品因成分十分復(fù)雜，其快速準(zhǔn)確分析也是一項(xiàng)極富挑戰(zhàn)的難題。當(dāng)前國內(nèi)外對鈾及伴生元素的測定是以化學(xué)法和原子光譜法為主，樣品測定前需要經(jīng)過繁瑣的溶解、分離、富集等步驟。實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建了復(fù)雜基體樣品直接質(zhì)譜新方法，無需樣品前處理，可快速準(zhǔn)確地直接分析測定。并結(jié)合當(dāng)前人工智能的快速發(fā)展，有望在離子化領(lǐng)域取得新突破，實(shí)現(xiàn)高放射性極端環(huán)境下鈾礦采冶過程中化學(xué)成分的自動分析與調(diào)控。

處置難青山綠水 點(diǎn)石成金

隨著鈾礦采冶工作的長期開展，放射性廢物存量不斷增加，將對大氣、土壤和水域生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅。特別是隨著核電的快速發(fā)展，我國核電站產(chǎn)生的核廢物也將越來越多。因此，核廢物處置、核素分離富集、輻射監(jiān)測與環(huán)境修復(fù)研究逐漸進(jìn)入公眾視野，鈾礦產(chǎn)業(yè)生態(tài)化也成為我國生態(tài)文明建設(shè)的必然要求。

為了祖國的綠水青山，東華理工的科研人員深知重任在肩。放射性廢物處理與處置、核設(shè)施退役治理理論與方法的創(chuàng)新，高放廢物深地質(zhì)處置與環(huán)境安全的技術(shù)體系與評價標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建，放射性污染治理新技術(shù)的開發(fā)，大氣氡及氣載放射性物質(zhì)形成機(jī)理的研究……這一系列有效的輻射監(jiān)測技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行的環(huán)境修復(fù)技術(shù)研究，都成了實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)的重點(diǎn)研究方向之一。

因?yàn)檎惩翈r自封閉性優(yōu)異、滯留能力強(qiáng)，采用花崗巖和粘土巖吸附解吸放射性核素成為目前地質(zhì)處置是國際公認(rèn)的可行性和安全性最高的核廢物處置方案。實(shí)驗(yàn)室按照我國“放射性廢物地質(zhì)處置設(shè)施選址”安全導(dǎo)則要求，開展粘土巖場址總體要求、關(guān)鍵特性指標(biāo)及評價技術(shù)的研究工作，并通過區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、地球物理勘探和地球化學(xué)分析，初步確定預(yù)選區(qū)和泥巖目標(biāo)層位，再進(jìn)行不同預(yù)選區(qū)的對比、篩選，為國家高放廢物處置庫預(yù)選地段對比和預(yù)選場址推薦提供支撐。

針對放射性污染地下水中核素離子的存在形態(tài)，實(shí)驗(yàn)室開展放射性污染地下水治理理論研究和技術(shù)開發(fā)；在典型鈾礦區(qū)放射性核素污染場地建立修復(fù)示范工程，開展修復(fù)技術(shù)的環(huán)境風(fēng)險評估，建立修復(fù)技術(shù)規(guī)程與設(shè)計(jì)規(guī)范；開展江西省主要稀土礦區(qū)放射性及氨氮污染機(jī)理和修復(fù)技術(shù)研究，建立示范工程；研究核素分離富集，回收放射性廢水中的有價核素，以提高資源利用率和減小放射性廢水對環(huán)境的危害。

通過模擬仿真及現(xiàn)場試驗(yàn)，研究氣載放射性物質(zhì)形成機(jī)理與運(yùn)移規(guī)律，探求一定條件下形成氣載放射性物質(zhì)動態(tài)穩(wěn)定場的可行途徑；制定氣載放射性物質(zhì)測量與校準(zhǔn)方法研究及計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)氣載放射性物質(zhì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，構(gòu)建氣載放射性物質(zhì)的單核素或多核素的標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)場；開展核設(shè)施氣載放射性物質(zhì)釋放及遷移規(guī)律的研究，對氣載放射性物質(zhì)有效輻射計(jì)量開展系統(tǒng)化、大區(qū)域調(diào)查和評估,研究開發(fā)不同類型氣載放射性物質(zhì)污染的有效治理方法。

“作為中國核工業(yè)第一所高等學(xué)校，東華理工高擎‘核學(xué)’‘地學(xué)’兩桿大旗，為我國核大國地位的確立、為國防科技工業(yè)發(fā)展和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。”東華理工大學(xué)黨委書記柳和生表示，“此次獲批建設(shè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，意味著學(xué)校在相關(guān)領(lǐng)域有了基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的‘國家隊(duì)’”。目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)集中優(yōu)秀人才，形成以知名專家學(xué)者為學(xué)術(shù)帶頭人、中青年學(xué)術(shù)骨干為中堅(jiān)力量的高水平科研團(tuán)隊(duì)，將為我國核資源與環(huán)境領(lǐng)域的發(fā)展為提供有力的創(chuàng)新動力和智力支撐，持續(xù)助力國家核能發(fā)展戰(zhàn)略、鈾礦大基地建設(shè)和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。