某铀矿勘探遗留设施退役整治覆土试验研究

刘自超，滕飞飞，刘文涛

（安徽省核工业勘查技术总院，安徽芜湖241002）

1 概述

20 世纪70、80 年代我国进行了大量的铀矿勘探，现如今遗留了许多铀废（矿）石堆，这些场地普遍具有较高的放射性，且源源不断地向大气中释放出氡气对当地公众造成长期的辐射危害，急需进行退役整治。

目前国内外铀废（矿）石堆退役实践中对其进行覆盖治理是最理想的措施之一，不仅能有效降低氡析出，同时还能屏蔽γ辐射、防止地表水及降雨侵蚀及风蚀、减少降水入渗等影响。在“十三·五”期间仍有大量的铀矿地质军工历史遗留勘探设施需做退役治理工作，因此，在退役整治前有必要对铀矿地质系统退役治理的覆盖层进行进一步的优化研究，使覆盖治理方案的效果最优、费用最省，并且长期安全有效，为更好地开展铀矿地质勘探设施退役治理工作做好技术支撑。

2 试验方法与程序

2.1 主要测量仪器与方法

（1）γ辐射空气吸收剂量率：采用AT1123型X、γ辐射剂量仪按照《环境地表γ辐射剂量率测定规范》进行测量。

（2）地表氡析出率：采用RAD7测氡仪及配套的集气罩遵循《地表氡析出率测定积累法》测定氡析出率。

氡析出率和γ辐射空气吸收剂量率测量采用梅花形布点法在试验场地均匀布设5个测量点，并计算平均值。

2.2 覆土试验程序

覆土试验采用如下程序：

（1）选取地表氡析出率和γ辐射空气吸收剂量率相对较高的场地进行覆土试验；

（2）测量场地的氡析出率和γ辐射空气吸收剂量率，标定好测量的点位，记录好测量的时间。后续对应的测量点位和测量时间应该和第一次测量的点位、时间相一致；

（3）在试验场地上进行覆土20cm，进行夯实放置一周后再进行γ辐射空气吸收剂量率和场地氡析出率测量；

（4）在（3）之后，将试验场地再次覆盖20cm 土壤，在相同的时间和条件下重复（3）的测量工作；

（5）按照（3）和（4）不断地进行测量，直至地表氡析出率达到本底或略高于当地本底范围。

3 试验结果

3.1 试验场地及土源地的选择

3.1.1 试验场地选择

选择γ辐射空气吸收剂量率、地表氡析出率相对较高且地势相对平坦的某铀矿点遗留废（矿）石堆，面积约10m×10m的场地作为本次覆土试验研究对象。

3.1.2 试验覆盖土源地选择

市场是覆盖材料种类繁多，可选择性很大，目前国内外铀矿地质勘探设施退役整治普遍选择土壤作为覆盖材料，且能取得较好的结果。覆盖土壤的性质对退役治理效果有很大影响，应当选择氡扩散系数小、氡渗透性能差、放射性核素及有害元素低的土壤，方能达到较为满意的治理效果。本试验在综合考虑土壤质量、退役治理工程土壤用量及土源地交通便利等条件，选择了与试验场地较近的土源地，并对土源地土壤进行了测量分析。拟取土土源地为粉质粘土，其他相关参数见表1。

表1 土源地土壤相关参数

3.2 试验结果

3.2.1 试验测量结果

本次覆土试验时间为2017年5～6月，每次测量时环境条件、覆盖土壤压实度等参数基本一致，并忽略其对测量结果的影响。不同覆土厚度试验测量数据结果见表2。

表2 覆土试验测量结果

3.2.2 覆土厚度与抑制场地222Rn析出率的关系

根据IEAE 333号出版物结论，覆盖厚度与氡析出存在如式（1）的关系：

式中：X——试验覆土厚度，m；

B、A——线性回归中的斜率和截距，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）为自变量，覆土厚度X为因变量，根据表2 试验测量数据结果，如图1 所示，拟合得出覆土厚度与场地氡析出率的回归方程如下：

拟合相关系数r=0.998。

3.2.3 覆土厚度与γ辐射空气吸收剂量率的关系

图1 覆土厚度与覆土前、后氡析出率比值的自然对数拟合结果

覆土厚度与γ辐射空气吸收剂量率关系如图2 所示，根据γ射线在屏蔽材料中的减弱规律，覆土厚度与γ辐射空气吸收剂量率的关系式为：

式中：X——屏蔽γ辐射需要覆盖的压实后的覆土厚度，m；

△1/2——半值层厚度，即γ辐射剂量率减弱一般所需的覆盖厚度，根据表2覆盖实验数据计算出本次试验项目的半值层厚度约为0.20m；

Ht、Hc——覆土前、后的γ辐射空气吸收剂量率平均值。

3.3 覆土厚度的确定

覆土厚度的确定需综合考虑场地氡析出率、地表γ辐射空气吸收剂量率限值、土地复垦厚度及自然生态环境等综合因素确定。

根据《铀矿地质辐射环境影响评价要求》的规定，退役处置后，氡析出率不应超过0.74Bq/（m2·s），吸收剂量率扣除本底后不超过174nGy/h。根据覆土厚度与场地氡析出率的回归方程拟合公式（2），Jc取管理限值为0.74Bq/（m2·s）进行计算，确定其为设计覆土的厚度为60cm。结合γ辐射空气吸收剂量率试验测量数据，仅就本试验场地的退役治理工程，覆土厚度在60cm时，已经满足《铀矿地质辐射环境影响评价要求》中γ辐射空气吸收剂量、氡析出率指标限值要求。

图2 γ辐射空气吸收剂量率随覆土厚度变化曲线

为恢复自然生态环境，打造青山绿水及减少风蚀和大气降水的淋浸等自然因素的影响，根据《土地复垦技术标准》满足植被恢复（草灌木）所需的最小覆土厚度为35cm，以及以往的设计和工程施工经验为了防止植物根系和动物侵入对废（矿）石堆覆盖层的破坏，在覆盖层上部铺设生物阻挡层，结合当地实际情况，确定铺设厚度20cm的砂卵石层。因此，确定该军工铀矿地质勘探设施遗留废（矿）石堆退役整治多层覆盖综合厚度为115cm。

4 结论

（1）土源地土壤γ辐射空气吸收剂量率、土壤氡析出率及土壤特征参数等处于当地天然环境本底水平，适宜用作后期军工铀矿地质勘探设施退役治理工程覆盖材料。

（2）在进行正式退役整治工程施工前应对各铀矿地质勘探设施源项进行调查，根据场地γ辐射空气吸收剂量率、氡析出率指标结合管理限值计算出最佳覆土厚度。

（3）覆土试验表明，覆土厚度X 与覆土前、后氡析出率比值的自然对数ln（Jt/Jc）之间呈显著线性相关，试验得出方程X=0.795 ln（Jt/Jc）-0.004 结果可用。该试验结果可为浙皖地区类似地质条件下铀矿地质历史遗留勘探设施的退役治理覆盖设计提供参考。