铀矿地质勘探设施退役整治中氡析出率快速检测

王艳丽

(广东省核工业地质调查院，广东 广州 510800)

放射性氡及其子体广泛存在于大气中，人们接触到的氡主要来源于陆地表面释放，占环境空气中氡全部来源的77.7%(年释放量为7.6×1019Bq)[1][2]，10.2%的氡来源于陆地植物与地下水(年释放量为1×1019Bq)[3]。另外少量氡来源于核工业、磷酸盐工业、建筑物和燃煤释放，虽然量少，但其产生的辐射值却普遍较高，造成人体健康危害更为严重，因此不容忽视。氡在一方面服务于人类事业，诸如：地质、工业、医疗等领域，同时也对公众安全造成较大危害，在许多国家，氡被认为是导致肺癌的第二种最重要病因。因此土壤氡析出率的准确测量对于评价环境空气中的氡，对于保护生态环境起到至关重要的作用。

近年来我国对公共安全及生态环境的保护也愈发重视起来，环境治理工程地位愈发提高。核工业人在新中国成立以来经过50多年的努力和奋斗，在铀矿资源勘探技术方面取得突破，也给国家安全和国际地位带来显著提升的同时，也对生态环境造成了不同程度的破坏，因此对铀矿地质勘探设施进行及时地退役整治是也核工业人不可推卸的责任与重担。

1 氡的来源与危害

氡(Radon)又名氭，是一种化学元素，符号Rn。氡通常的单质形态是氡气，为无色、无嗅、无味的惰性气体，且具有放射性。氡(222Rn)源之于铀(238U)系衰变产物中的222Ra衰变，氡的化学性质不活泼，不易形成化合物，氡没有已知的生物作用。由于氡具有放射性，当人体吸入氡气后，产生氡子体，并放射处具有辐射伤害的α、β、γ射线，对人体体内细胞造成难以修复的伤害。当人体长期处于氡浓度较高的场所时，呼吸系统容易受到较大伤害并易引发肺癌等疾病。对于大众而言，接触到的氡来源普遍由室内装修才来产生，而对于核工业人来说，铀矿石是最大的危险源，其辐射伤害成倍增长。

氡来源于铀，而铀是核工业的最基本的原料，铀矿资源勘探也是核工业起初最重要的工作之一。我国铀矿地质勘探工作、铀矿采冶生产起步于20世纪50年代，经过漫长的时间，取得成果的同时，给环境也遗留了大量的放射性废物，其分布范围广泛，且多数处于开放无限制环境，给公众安全造成极大不安全因素。鉴于此，党和国家高瞻远瞩，最早在“八五计划”提出对铀矿地质勘探设施进行退役整治。至此，经过30年的努力，使得铀矿点周边环境得到了巨大的改善，有力地保障和改善了民生。

2 氡的迁移方式

氡从物质表面释放到大气中，即介质表面的氡析出，而氡析出率是指物质表面单位面积、单位时间内析出222Rn的量，单位为Bq/(m2s)。氡是铀的气态子体，且为惰性气体，其迁移能力较强。对氡的迁移作用研究最早在上世纪30年代，通过大量研究工作，我们已知迁移作用有10多种，其中最主要的迁移作用是扩散作用和对流作用，如下：

(1)扩散作用：该理论最早在上世纪40年代左右被提出，经过近80年的实践活动，该理论一直被认为是氡迁移的主要途径。由于热运动的原因，氡分子由浓度高的地方向浓度低的方向移动迁移，其主要在低渗透性(≤10-7/cm2)的土壤中进行。氡射气在岩石和土壤中的扩散迁移主要受孔隙度、透水性、湿度、结构和温度等因素影响。

(2)对流作用：当地表间气体存在压力差时，气体从压力高的部位向压力低的部位迁移，对于氡气也同样适用。由于地表下压力常大于大气中的压力，因此使得氡气常常从地表下深处的岩石中向大气中迁移。这种迁移作用主要存在于较高的可渗透性(大于10-7/cm2)的土壤中。

除以上2种主要的迁移作用被学者广泛认同外，还有其他多种迁移作用及理论也被多数学者认可，如：团簇作用、抽吸作用、地下水的搬运作用、伴生气体的压力作用、泵吸作用、地热作用、渗透作用以及速度传播论、载体运移论、纳米微粒论等等。

3 氡析出率影响因素

对氡析出率的测量结果影响因素较多，其中影响较大的因素为土壤本身的特性和外在气象因素。土壤特性包括镭所在土壤中的类别、密度、孔隙率、粒径大小、渗透性及含水率。气象因素主要包括大气温度、大气压、湿度及地表温度等，其中降雨是最主要的影响因素[4]，其次是大气温度。现如今，全球气候变化较为剧烈，且随机性较高，故导致氡析出率的变化也出现对应的随机性。一般来说，降雨量越大湿度越大，氡析出率越小；温度越高温差越大，氡析出率越大。受气象因素的影响，废石或尾矿中的含水率影响因素权重按以下排列依次降低：(1)土壤本身的特性；(2)降雨；(3)空气湿度。

4 氡析出率的测量方法

因氡析出率的测量值受气象因素影响较大，且随气候变化成周期性变化，氡析出率年测量平均值会能将气象因素影响大幅降低，国内外普遍采用年平均氡析出率作为治理覆盖的标准，但带来的是增加大量的工作量，增加测量工期，增加工程成本。在退役整治工程中，对于南方潮湿多雨的季节特点，在秋冬季节雨水较少的时机进行氡析出率测量是明智的选择，其所测结果最接近年平均氡析出率值；在北方，湿度对氡析出率测量产生影响相对较小。进行氡析出率测量时应注意，若遇降雨天气应及时中断测量，待天晴3天～5天后方可测量，在选择测量地点也应避开低洼湿地，选择湿度较小处测量。

我国矿冶部门采用氡析出率测量的方法，主要有三种：局部静态法、驻极体收集积分法和活性炭吸附法。

(1)局部静态法：也叫积累法，用集氡收集被罩表面析出积累的氡来测量氡析出率的方法。在待测的表面口安置一个不透气、不吸氧、不溶氧材料制成的集氡罩，周边用不透气、不吸氧、不溶氧材料密封。所扣表面析出的氡都被集氡罩收集，其浓度随时间增长而不断增加，最后达到平衡。在集氡罩内的氡浓度呈线性增长的时间范围内，取样并测量其氡浓度，再计算出待测表面的氡析出率。在铀矿冶设施退役治理工程中。

该方法广泛应用于对退役整治工程治理前(设施源项)氡析出率的监测，治理过程中氡析出率的监测、治理后氡析出率的监测及最后的环境影响评价。

(2)驻极体收集积分法：驻极体收集积分法是一种多功能快速测氡法，既能测定氡体积活度，也能测定氡析出率，并且低、高水平氡均可测量。该仪器的采样小室顶端安装一个驻极体探测器，其中有驻极体和固体核径迹探测器，小室下部有一个过滤窗底盘。土壤和空气中的氡经过滤窗进入到采样小室，在驻极体的电场作用下，氡子体被吸附到固体核径迹探测器表面，进而衰变放射处的α粒子产生潜伏径迹，经过蚀刻处理，可以根据径迹密度来确定氡析出率。

该方法测量受空气湿度影响较大，可在采样小室内安放干燥剂予以消除不利因素，提高采集效率。

(3)活性炭吸附测氡法[7]：因活性炭具有强吸附性能，能较好地吸附采集到氡气。活性炭吸附测氡总体可分为微分发(瞬时法或抽气法)和积分法(长时间法或累积法)。在野外利用活性炭采集到氡气后，应将活性炭立即密封，防止氡气反渗透，一般来说，1～4小时内不会发生明显的泄露和反渗透问题。对采集到的氡气，我们可在野外现场进行测量，也可在实验室内进行测量。

该方法测量氡析出率具有测量结果稳定，受环境因素影响较小，测量方法简单、方便等特点。另外活性炭作为一种吸附力极强的功能性材料也广泛用于食品饮料、医药、水处理、化工等领域。

5 氡析出率的测量方案

铀矿地质勘探设施退役整治工程源项主要分为废石堆、坑口、被污染道路、被污染水体、剥土、探槽。治理方案[8][9]多数采取原地覆盖，以达到有限制开放使用要求；对于有较好运输条件的地区也可采用挖除、迁移、集中的处置方案，治理后达到无限制开放要求。

铀矿地质勘探设施退役整治工程氡析出率测量多采用局部积累法，治理后的废石堆等设施，其表面平均氡析出率不超过0.74Bq/(m2s)[10][11][12]。土壤表面氡析出率的检测布点要求为：一般按200m2内取1个检测点，且每个源项不能少于3个点。我单位“十二五”退役整治二期工程采用HDC-90环境测氡仪，对某矿点废石堆治理后氡析出率进行检测(表1)，效果较好。从测得数据看出治理后的氡析出率检测值均小于0.74 Bq/(m2s)，说明治理工程达到了预期的治理效果，对生态环境起到明显改善效果。

表1 шT-5、шT-7废石堆氡析出率检测表Tab 1.Detection of Rn Seaparation Rate of Waste Accumulation

6 结语

(1)经过长期对氡析出率的研究和实际野外监测工作来看，氡析出率的测定受气象影响较大且随季节成规律性变化，故监测时间上的选择显得尤为重要。年平均氡析出率作为废石堆和尾矿治理的评价指标是相对可靠的。

(2)氡析出率监测应与γ辐射剂量率、U天然、226Ra监测同时进行，以便相关数据便于核对。

(3)氡析出率监测布点应根据场地实际情况合理布置，布点数量、测量时间、测量次数应满足要求，以便保证测量的准确度、可靠度。

(4)氡析出率监测仪器应定期检测、维护，从根本上保证测量数据的可靠性。