王艷麗

(廣東省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，廣東 廣州 510800)

放射性氡及其子體廣泛存在于大氣中，人們接觸到的氡主要來(lái)源于陸地表面釋放，占環(huán)境空氣中氡全部來(lái)源的77.7%(年釋放量為7.6×1019Bq)[1][2]，10.2%的氡來(lái)源于陸地植物與地下水(年釋放量為1×1019Bq)[3]。另外少量氡來(lái)源于核工業(yè)、磷酸鹽工業(yè)、建筑物和燃煤釋放，雖然量少，但其產(chǎn)生的輻射值卻普遍較高，造成人體健康危害更為嚴(yán)重，因此不容忽視。氡在一方面服務(wù)于人類事業(yè)，諸如：地質(zhì)、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域，同時(shí)也對(duì)公眾安全造成較大危害，在許多國(guó)家，氡被認(rèn)為是導(dǎo)致肺癌的第二種最重要病因。因此土壤氡析出率的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于評(píng)價(jià)環(huán)境空氣中的氡，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。

近年來(lái)我國(guó)對(duì)公共安全及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也愈發(fā)重視起來(lái)，環(huán)境治理工程地位愈發(fā)提高。核工業(yè)人在新中國(guó)成立以來(lái)經(jīng)過(guò)50多年的努力和奮斗，在鈾礦資源勘探技術(shù)方面取得突破，也給國(guó)家安全和國(guó)際地位帶來(lái)顯著提升的同時(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的破壞，因此對(duì)鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施進(jìn)行及時(shí)地退役整治是也核工業(yè)人不可推卸的責(zé)任與重?fù)?dān)。

1 氡的來(lái)源與危害

氡(Radon)又名氭，是一種化學(xué)元素，符號(hào)Rn。氡通常的單質(zhì)形態(tài)是氡氣，為無(wú)色、無(wú)嗅、無(wú)味的惰性氣體，且具有放射性。氡(222Rn)源之于鈾(238U)系衰變產(chǎn)物中的222Ra衰變，氡的化學(xué)性質(zhì)不活潑，不易形成化合物，氡沒(méi)有已知的生物作用。由于氡具有放射性，當(dāng)人體吸入氡氣后，產(chǎn)生氡子體，并放射處具有輻射傷害的α、β、γ射線，對(duì)人體體內(nèi)細(xì)胞造成難以修復(fù)的傷害。當(dāng)人體長(zhǎng)期處于氡濃度較高的場(chǎng)所時(shí)，呼吸系統(tǒng)容易受到較大傷害并易引發(fā)肺癌等疾病。對(duì)于大眾而言，接觸到的氡來(lái)源普遍由室內(nèi)裝修才來(lái)產(chǎn)生，而對(duì)于核工業(yè)人來(lái)說(shuō)，鈾礦石是最大的危險(xiǎn)源，其輻射傷害成倍增長(zhǎng)。

氡來(lái)源于鈾，而鈾是核工業(yè)的最基本的原料，鈾礦資源勘探也是核工業(yè)起初最重要的工作之一。我國(guó)鈾礦地質(zhì)勘探工作、鈾礦采冶生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間，取得成果的同時(shí)，給環(huán)境也遺留了大量的放射性廢物，其分布范圍廣泛，且多數(shù)處于開(kāi)放無(wú)限制環(huán)境，給公眾安全造成極大不安全因素。鑒于此，黨和國(guó)家高瞻遠(yuǎn)矚，最早在“八五計(jì)劃”提出對(duì)鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施進(jìn)行退役整治。至此，經(jīng)過(guò)30年的努力，使得鈾礦點(diǎn)周邊環(huán)境得到了巨大的改善，有力地保障和改善了民生。

2 氡的遷移方式

氡從物質(zhì)表面釋放到大氣中，即介質(zhì)表面的氡析出，而氡析出率是指物質(zhì)表面單位面積、單位時(shí)間內(nèi)析出222Rn的量，單位為Bq/(m2s)。氡是鈾的氣態(tài)子體，且為惰性氣體，其遷移能力較強(qiáng)。對(duì)氡的遷移作用研究最早在上世紀(jì)30年代，通過(guò)大量研究工作，我們已知遷移作用有10多種，其中最主要的遷移作用是擴(kuò)散作用和對(duì)流作用，如下：

(1)擴(kuò)散作用：該理論最早在上世紀(jì)40年代左右被提出，經(jīng)過(guò)近80年的實(shí)踐活動(dòng)，該理論一直被認(rèn)為是氡遷移的主要途徑。由于熱運(yùn)動(dòng)的原因，氡分子由濃度高的地方向濃度低的方向移動(dòng)遷移，其主要在低滲透性(≤10-7/cm2)的土壤中進(jìn)行。氡射氣在巖石和土壤中的擴(kuò)散遷移主要受孔隙度、透水性、濕度、結(jié)構(gòu)和溫度等因素影響。

(2)對(duì)流作用：當(dāng)?shù)乇黹g氣體存在壓力差時(shí)，氣體從壓力高的部位向壓力低的部位遷移，對(duì)于氡氣也同樣適用。由于地表下壓力常大于大氣中的壓力，因此使得氡氣常常從地表下深處的巖石中向大氣中遷移。這種遷移作用主要存在于較高的可滲透性(大于10-7/cm2)的土壤中。

除以上2種主要的遷移作用被學(xué)者廣泛認(rèn)同外，還有其他多種遷移作用及理論也被多數(shù)學(xué)者認(rèn)可，如：團(tuán)簇作用、抽吸作用、地下水的搬運(yùn)作用、伴生氣體的壓力作用、泵吸作用、地?zé)嶙饔?、滲透作用以及速度傳播論、載體運(yùn)移論、納米微粒論等等。

3 氡析出率影響因素

對(duì)氡析出率的測(cè)量結(jié)果影響因素較多，其中影響較大的因素為土壤本身的特性和外在氣象因素。土壤特性包括鐳所在土壤中的類別、密度、孔隙率、粒徑大小、滲透性及含水率。氣象因素主要包括大氣溫度、大氣壓、濕度及地表溫度等，其中降雨是最主要的影響因素[4]，其次是大氣溫度?，F(xiàn)如今，全球氣候變化較為劇烈，且隨機(jī)性較高，故導(dǎo)致氡析出率的變化也出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的隨機(jī)性。一般來(lái)說(shuō)，降雨量越大濕度越大，氡析出率越??；溫度越高溫差越大，氡析出率越大。受氣象因素的影響，廢石或尾礦中的含水率影響因素權(quán)重按以下排列依次降低：(1)土壤本身的特性；(2)降雨；(3)空氣濕度。

4 氡析出率的測(cè)量方法

因氡析出率的測(cè)量值受氣象因素影響較大，且隨氣候變化成周期性變化，氡析出率年測(cè)量平均值會(huì)能將氣象因素影響大幅降低，國(guó)內(nèi)外普遍采用年平均氡析出率作為治理覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)，但帶來(lái)的是增加大量的工作量，增加測(cè)量工期，增加工程成本。在退役整治工程中，對(duì)于南方潮濕多雨的季節(jié)特點(diǎn)，在秋冬季節(jié)雨水較少的時(shí)機(jī)進(jìn)行氡析出率測(cè)量是明智的選擇，其所測(cè)結(jié)果最接近年平均氡析出率值；在北方，濕度對(duì)氡析出率測(cè)量產(chǎn)生影響相對(duì)較小。進(jìn)行氡析出率測(cè)量時(shí)應(yīng)注意，若遇降雨天氣應(yīng)及時(shí)中斷測(cè)量，待天晴3天～5天后方可測(cè)量，在選擇測(cè)量地點(diǎn)也應(yīng)避開(kāi)低洼濕地，選擇濕度較小處測(cè)量。

我國(guó)礦冶部門(mén)采用氡析出率測(cè)量的方法，主要有三種：局部靜態(tài)法、駐極體收集積分法和活性炭吸附法。

(1)局部靜態(tài)法：也叫積累法，用集氡收集被罩表面析出積累的氡來(lái)測(cè)量氡析出率的方法。在待測(cè)的表面口安置一個(gè)不透氣、不吸氧、不溶氧材料制成的集氡罩，周邊用不透氣、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，其濃度隨時(shí)間增長(zhǎng)而不斷增加，最后達(dá)到平衡。在集氡罩內(nèi)的氡濃度呈線性增長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)，取樣并測(cè)量其氡濃度，再計(jì)算出待測(cè)表面的氡析出率。在鈾礦冶設(shè)施退役治理工程中。

該方法廣泛應(yīng)用于對(duì)退役整治工程治理前(設(shè)施源項(xiàng))氡析出率的監(jiān)測(cè)，治理過(guò)程中氡析出率的監(jiān)測(cè)、治理后氡析出率的監(jiān)測(cè)及最后的環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

(2)駐極體收集積分法：駐極體收集積分法是一種多功能快速測(cè)氡法，既能測(cè)定氡體積活度，也能測(cè)定氡析出率，并且低、高水平氡均可測(cè)量。該儀器的采樣小室頂端安裝一個(gè)駐極體探測(cè)器，其中有駐極體和固體核徑跡探測(cè)器，小室下部有一個(gè)過(guò)濾窗底盤(pán)。土壤和空氣中的氡經(jīng)過(guò)濾窗進(jìn)入到采樣小室，在駐極體的電場(chǎng)作用下，氡子體被吸附到固體核徑跡探測(cè)器表面，進(jìn)而衰變放射處的α粒子產(chǎn)生潛伏徑跡，經(jīng)過(guò)蝕刻處理，可以根據(jù)徑跡密度來(lái)確定氡析出率。

該方法測(cè)量受空氣濕度影響較大，可在采樣小室內(nèi)安放干燥劑予以消除不利因素，提高采集效率。

(3)活性炭吸附測(cè)氡法[7]：因活性炭具有強(qiáng)吸附性能，能較好地吸附采集到氡氣?；钚蕴课綔y(cè)氡總體可分為微分發(fā)(瞬時(shí)法或抽氣法)和積分法(長(zhǎng)時(shí)間法或累積法)。在野外利用活性炭采集到氡氣后，應(yīng)將活性炭立即密封，防止氡氣反滲透，一般來(lái)說(shuō)，1～4小時(shí)內(nèi)不會(huì)發(fā)生明顯的泄露和反滲透問(wèn)題。對(duì)采集到的氡氣，我們可在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，也可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。

該方法測(cè)量氡析出率具有測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定，受環(huán)境因素影響較小，測(cè)量方法簡(jiǎn)單、方便等特點(diǎn)。另外活性炭作為一種吸附力極強(qiáng)的功能性材料也廣泛用于食品飲料、醫(yī)藥、水處理、化工等領(lǐng)域。

5 氡析出率的測(cè)量方案

鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施退役整治工程源項(xiàng)主要分為廢石堆、坑口、被污染道路、被污染水體、剝土、探槽。治理方案[8][9]多數(shù)采取原地覆蓋，以達(dá)到有限制開(kāi)放使用要求；對(duì)于有較好運(yùn)輸條件的地區(qū)也可采用挖除、遷移、集中的處置方案，治理后達(dá)到無(wú)限制開(kāi)放要求。

鈾礦地質(zhì)勘探設(shè)施退役整治工程氡析出率測(cè)量多采用局部積累法，治理后的廢石堆等設(shè)施，其表面平均氡析出率不超過(guò)0.74Bq/(m2s)[10][11][12]。土壤表面氡析出率的檢測(cè)布點(diǎn)要求為：一般按200m2內(nèi)取1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，且每個(gè)源項(xiàng)不能少于3個(gè)點(diǎn)。我單位“十二五”退役整治二期工程采用HDC-90環(huán)境測(cè)氡儀，對(duì)某礦點(diǎn)廢石堆治理后氡析出率進(jìn)行檢測(cè)(表1)，效果較好。從測(cè)得數(shù)據(jù)看出治理后的氡析出率檢測(cè)值均小于0.74 Bq/(m2s)，說(shuō)明治理工程達(dá)到了預(yù)期的治理效果，對(duì)生態(tài)環(huán)境起到明顯改善效果。

表1 шT-5、шT-7廢石堆氡析出率檢測(cè)表Tab 1.Detection of Rn Seaparation Rate of Waste Accumulation

6 結(jié)語(yǔ)

(1)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)氡析出率的研究和實(shí)際野外監(jiān)測(cè)工作來(lái)看，氡析出率的測(cè)定受氣象影響較大且隨季節(jié)成規(guī)律性變化，故監(jiān)測(cè)時(shí)間上的選擇顯得尤為重要。年平均氡析出率作為廢石堆和尾礦治理的評(píng)價(jià)指標(biāo)是相對(duì)可靠的。

(2)氡析出率監(jiān)測(cè)應(yīng)與γ輻射劑量率、U天然、226Ra監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行，以便相關(guān)數(shù)據(jù)便于核對(duì)。

(3)氡析出率監(jiān)測(cè)布點(diǎn)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況合理布置，布點(diǎn)數(shù)量、測(cè)量時(shí)間、測(cè)量次數(shù)應(yīng)滿足要求，以便保證測(cè)量的準(zhǔn)確度、可靠度。

(4)氡析出率監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)定期檢測(cè)、維護(hù)，從根本上保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。