某鈾礦勘探遺留設(shè)施退役整治覆土試驗研究

劉自超，滕飛飛，劉文濤

（安徽省核工業(yè)勘查技術(shù)總院，安徽蕪湖241002）

1 概述

20 世紀(jì)70、80 年代我國進(jìn)行了大量的鈾礦勘探，現(xiàn)如今遺留了許多鈾廢（礦）石堆，這些場地普遍具有較高的放射性，且源源不斷地向大氣中釋放出氡氣對當(dāng)?shù)毓娫斐砷L期的輻射危害，急需進(jìn)行退役整治。

目前國內(nèi)外鈾廢（礦）石堆退役實踐中對其進(jìn)行覆蓋治理是最理想的措施之一，不僅能有效降低氡析出，同時還能屏蔽γ輻射、防止地表水及降雨侵蝕及風(fēng)蝕、減少降水入滲等影響。在“十三·五”期間仍有大量的鈾礦地質(zhì)軍工歷史遺留勘探設(shè)施需做退役治理工作，因此，在退役整治前有必要對鈾礦地質(zhì)系統(tǒng)退役治理的覆蓋層進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化研究，使覆蓋治理方案的效果最優(yōu)、費用最省，并且長期安全有效，為更好地開展鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施退役治理工作做好技術(shù)支撐。

2 試驗方法與程序

2.1 主要測量儀器與方法

（1）γ輻射空氣吸收劑量率：采用AT1123型X、γ輻射劑量儀按照《環(huán)境地表γ輻射劑量率測定規(guī)范》進(jìn)行測量。

（2）地表氡析出率：采用RAD7測氡儀及配套的集氣罩遵循《地表氡析出率測定積累法》測定氡析出率。

氡析出率和γ輻射空氣吸收劑量率測量采用梅花形布點法在試驗場地均勻布設(shè)5個測量點，并計算平均值。

2.2 覆土試驗程序

覆土試驗采用如下程序：

（1）選取地表氡析出率和γ輻射空氣吸收劑量率相對較高的場地進(jìn)行覆土試驗；

（2）測量場地的氡析出率和γ輻射空氣吸收劑量率，標(biāo)定好測量的點位，記錄好測量的時間。后續(xù)對應(yīng)的測量點位和測量時間應(yīng)該和第一次測量的點位、時間相一致；

（3）在試驗場地上進(jìn)行覆土20cm，進(jìn)行夯實放置一周后再進(jìn)行γ輻射空氣吸收劑量率和場地氡析出率測量；

（4）在（3）之后，將試驗場地再次覆蓋20cm 土壤，在相同的時間和條件下重復(fù)（3）的測量工作；

（5）按照（3）和（4）不斷地進(jìn)行測量，直至地表氡析出率達(dá)到本底或略高于當(dāng)?shù)乇镜追秶?/p>

3 試驗結(jié)果

3.1 試驗場地及土源地的選擇

3.1.1 試驗場地選擇

選擇γ輻射空氣吸收劑量率、地表氡析出率相對較高且地勢相對平坦的某鈾礦點遺留廢（礦）石堆，面積約10m×10m的場地作為本次覆土試驗研究對象。

3.1.2 試驗覆蓋土源地選擇

市場是覆蓋材料種類繁多，可選擇性很大，目前國內(nèi)外鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施退役整治普遍選擇土壤作為覆蓋材料，且能取得較好的結(jié)果。覆蓋土壤的性質(zhì)對退役治理效果有很大影響，應(yīng)當(dāng)選擇氡擴(kuò)散系數(shù)小、氡滲透性能差、放射性核素及有害元素低的土壤，方能達(dá)到較為滿意的治理效果。本試驗在綜合考慮土壤質(zhì)量、退役治理工程土壤用量及土源地交通便利等條件，選擇了與試驗場地較近的土源地，并對土源地土壤進(jìn)行了測量分析。擬取土土源地為粉質(zhì)粘土，其他相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 土源地土壤相關(guān)參數(shù)

3.2 試驗結(jié)果

3.2.1 試驗測量結(jié)果

本次覆土試驗時間為2017年5～6月，每次測量時環(huán)境條件、覆蓋土壤壓實度等參數(shù)基本一致，并忽略其對測量結(jié)果的影響。不同覆土厚度試驗測量數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

表2 覆土試驗測量結(jié)果

3.2.2 覆土厚度與抑制場地222Rn析出率的關(guān)系

根據(jù)IEAE 333號出版物結(jié)論，覆蓋厚度與氡析出存在如式（1）的關(guān)系：

式中：X——試驗覆土厚度，m；

B、A——線性回歸中的斜率和截距，m；

Jt——覆土前的平均氡析出率，Bq/（m2·s）；

Jc——覆土后的平均氡析出率，Bq/（m2·s）。

所以，以ln（Jt/Jc）為自變量，覆土厚度X為因變量，根據(jù)表2 試驗測量數(shù)據(jù)結(jié)果，如圖1 所示，擬合得出覆土厚度與場地氡析出率的回歸方程如下：

擬合相關(guān)系數(shù)r=0.998。

3.2.3 覆土厚度與γ輻射空氣吸收劑量率的關(guān)系

圖1 覆土厚度與覆土前、后氡析出率比值的自然對數(shù)擬合結(jié)果

覆土厚度與γ輻射空氣吸收劑量率關(guān)系如圖2 所示，根據(jù)γ射線在屏蔽材料中的減弱規(guī)律，覆土厚度與γ輻射空氣吸收劑量率的關(guān)系式為：

式中：X——屏蔽γ輻射需要覆蓋的壓實后的覆土厚度，m；

△1/2——半值層厚度，即γ輻射劑量率減弱一般所需的覆蓋厚度，根據(jù)表2覆蓋實驗數(shù)據(jù)計算出本次試驗項目的半值層厚度約為0.20m；

Ht、Hc——覆土前、后的γ輻射空氣吸收劑量率平均值。

3.3 覆土厚度的確定

覆土厚度的確定需綜合考慮場地氡析出率、地表γ輻射空氣吸收劑量率限值、土地復(fù)墾厚度及自然生態(tài)環(huán)境等綜合因素確定。

根據(jù)《鈾礦地質(zhì)輻射環(huán)境影響評價要求》的規(guī)定，退役處置后，氡析出率不應(yīng)超過0.74Bq/（m2·s），吸收劑量率扣除本底后不超過174nGy/h。根據(jù)覆土厚度與場地氡析出率的回歸方程擬合公式（2），Jc取管理限值為0.74Bq/（m2·s）進(jìn)行計算，確定其為設(shè)計覆土的厚度為60cm。結(jié)合γ輻射空氣吸收劑量率試驗測量數(shù)據(jù)，僅就本試驗場地的退役治理工程，覆土厚度在60cm時，已經(jīng)滿足《鈾礦地質(zhì)輻射環(huán)境影響評價要求》中γ輻射空氣吸收劑量、氡析出率指標(biāo)限值要求。

圖2 γ輻射空氣吸收劑量率隨覆土厚度變化曲線

為恢復(fù)自然生態(tài)環(huán)境，打造青山綠水及減少風(fēng)蝕和大氣降水的淋浸等自然因素的影響，根據(jù)《土地復(fù)墾技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》滿足植被恢復(fù)（草灌木）所需的最小覆土厚度為35cm，以及以往的設(shè)計和工程施工經(jīng)驗為了防止植物根系和動物侵入對廢（礦）石堆覆蓋層的破壞，在覆蓋層上部鋪設(shè)生物阻擋層，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，確定鋪設(shè)厚度20cm的砂卵石層。因此，確定該軍工鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施遺留廢（礦）石堆退役整治多層覆蓋綜合厚度為115cm。

4 結(jié)論

（1）土源地土壤γ輻射空氣吸收劑量率、土壤氡析出率及土壤特征參數(shù)等處于當(dāng)?shù)靥烊画h(huán)境本底水平，適宜用作后期軍工鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施退役治理工程覆蓋材料。

（2）在進(jìn)行正式退役整治工程施工前應(yīng)對各鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施源項進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)場地γ輻射空氣吸收劑量率、氡析出率指標(biāo)結(jié)合管理限值計算出最佳覆土厚度。

（3）覆土試驗表明，覆土厚度X 與覆土前、后氡析出率比值的自然對數(shù)ln（Jt/Jc）之間呈顯著線性相關(guān)，試驗得出方程X=0.795 ln（Jt/Jc）-0.004 結(jié)果可用。該試驗結(jié)果可為浙皖地區(qū)類似地質(zhì)條件下鈾礦地質(zhì)歷史遺留勘探設(shè)施的退役治理覆蓋設(shè)計提供參考。