某鈾礦勘探遺留設施退役整治覆土試驗研究

劉自超，滕飛飛，劉文濤

（安徽省核工業勘查技術總院，安徽蕪湖241002）

1 概述

20 世紀70、80 年代我國進行了大量的鈾礦勘探，現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地公眾造成長期的輻射危害，急需進行退役整治。

目前國內外鈾廢（礦）石堆退役實踐中對其進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軍工歷史遺留勘探設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系統退役治理的覆蓋層進行進一步的優化研究，使覆蓋治理方案的效果最優、費用最省，并且長期安全有效，為更好地開展鈾礦地質勘探設施退役治理工作做好技術支撐。

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《環境地表γ輻射劑量率測定規范》進行測量。

（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，標定好測量的點位，記錄好測量的時間。后續對應的測量點位和測量時間應該和第一次測量的點位、時間相一致；

（3）在試驗場地上進行覆土20cm，進行夯實放置一周后再進行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（3）的測量工作；

（5）按照（3）和（4）不斷地進行測量，直至地表氡析出率達到本底或略高于當地本底范圍。

3 試驗結果

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，目前國內外鈾礦地質勘探設施退役整治普遍選擇土壤作為覆蓋材料，且能取得較好的結果。覆蓋土壤的性質對退役治理效果有很大影響，應當選擇氡擴散系數小、氡滲透性能差、放射性核素及有害元素低的土壤，方能達到較為滿意的治理效果。本試驗在綜合考慮土壤質量、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，并對土源地土壤進行了測量分析。擬取土土源地為粉質粘土，其他相關參數見表1。

表1 土源地土壤相關參數

3.2 試驗結果

3.2.1 試驗測量結果

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

表2 覆土試驗測量結果

3.2.2 覆土厚度與抑制場地222Rn析出率的關系

根據IEAE 333號出版物結論，覆蓋厚度與氡析出存在如式（1）的關系：

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，根據表2 試驗測量數據結果，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：

擬合相關系數r=0.998。

3.2.3 覆土厚度與γ輻射空氣吸收劑量率的關系

圖1 覆土厚度與覆土前、后氡析出率比值的自然對數擬合結果

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

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，根據表2覆蓋實驗數據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、土地復墾厚度及自然生態環境等綜合因素確定。

根據《鈾礦地質輻射環境影響評價要求》的規定，退役處置后，氡析出率不應超過0.74Bq/（m2·s），吸收劑量率扣除本底后不超過174nGy/h。根據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）進行計算，確定其為設計覆土的厚度為60cm。結合γ輻射空氣吸收劑量率試驗測量數據，僅就本試驗場地的退役治理工程，覆土厚度在60cm時，已經滿足《鈾礦地質輻射環境影響評價要求》中γ輻射空氣吸收劑量、氡析出率指標限值要求。

圖2 γ輻射空氣吸收劑量率隨覆土厚度變化曲線

為恢復自然生態環境，打造青山綠水及減少風蝕和大氣降水的淋浸等自然因素的影響，根據《土地復墾技術標準》滿足植被恢復（草灌木）所需的最小覆土厚度為35cm，以及以往的設計和工程施工經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，在覆蓋層上部鋪設生物阻擋層，結合當地實際情況，確定鋪設厚度20cm的砂卵石層。因此，確定該軍工鈾礦地質勘探設施遺留廢（礦）石堆退役整治多層覆蓋綜合厚度為115cm。

4 結論

（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等處于當地天然環境本底水平，適宜用作后期軍工鈾礦地質勘探設施退役治理工程覆蓋材料。

（2）在進行正式退役整治工程施工前應對各鈾礦地質勘探設施源項進行調查，根據場地γ輻射空氣吸收劑量率、氡析出率指標結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ln（Jt/Jc）之間呈顯著線性相關，試驗得出方程X=0.795 ln（Jt/Jc）-0.004 結果可用。該試驗結果可為浙皖地區類似地質條件下鈾礦地質歷史遺留勘探設施的退役治理覆蓋設計提供參考。