鈾礦山放射性危害及其防治

1、鈾礦山放射性危害及其防治至 1965 年，已發(fā)現(xiàn)有 1130 個不穩(wěn)定的核素。不穩(wěn)定的核素能自發(fā)地 發(fā)生衰變而成另一種不穩(wěn)定的核素 (或穩(wěn)定的元素 )，在衰變過程中同時 放出射線。放射性核素的這一特性在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、國防等領(lǐng)域 得到了廣泛的應(yīng)用。在當今世界，核科技競爭，能源危機日益加劇， 加快了核能利用的過程。核輻射對大氣、對環(huán)境的危害日趨嚴重，人 們對此非常關(guān)心是理所當然的?，F(xiàn)就放射性的來源、放射性的危害、 放射性的防治三方面談?wù)勛约旱拇譁\認識。1 放射性的來源1.1 自然界中的天然放射源 在自然界中存在著鈾鐳系、釷系和錒系三個放射性系列。鈾鐳系 的起始核素是鈾 238，它經(jīng)過 15 代

2、的衰變后成為穩(wěn)定元素鉛。其衰變形式是：23893UH23490T 22688Rar22386RrT20782P。氡經(jīng)過8 代 衰 變 成 穩(wěn) 定 的 元 素 鉛 。 其 衰 變 形 式 是 ：Rn RaA Rai RaCQ 20782Pb放射性核素在衰變過程中，放出各種不同的射線。主要有a僅丫射線及電子俘獲。a衰變，不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放出 a粒子而變成另一種核即氦 (42He)原子核，由二個中子，二個質(zhì)子組成，帶二個正電荷。放射性核 素在a衰變后，新形成的核素的原子量比原來的降低 4,原子序數(shù)降低 2。如22688Ra放出a粒子后就變成22286Rn。a射線穿透能力很弱，一張紙就可擋住。B衰

3、變，放射性核素衰變時放出 B粒子，B粒子即為電子。B衰變 前后，母體與子體核素質(zhì)量數(shù)不變，但子體核素的原子序數(shù)比母體提 高了。女口 21483Bi（RaC在B衰變后，就變成21484Po（RaC,） （3射線比a 射線穿透能力強，但可被 5mm 鉛板擋住。電子俘獲是指原子核俘獲了核外的一個軌道電子）使核里的一個 質(zhì)子變?yōu)橹凶樱?所以產(chǎn)生的子體原子核的原子序數(shù)比母體少 1）而質(zhì)量 數(shù)不變。如4019K經(jīng)電子俘獲后變?yōu)?018Ar。放射性核素在衰變過程中，一般都伴隨丫射線放出，丫射線是一種 波長極短的電磁波，不帶電荷。它的穿透能力很強，需要10cm厚鉛板 才能擋住。1.2曰異。天然放射性物質(zhì)的分布

4、 由于地區(qū)的不同）環(huán)境中各種天然放射性核素的分布有很大的差 在一些礦區(qū)尤其是鈾礦區(qū)和火山浸入巖的地區(qū)放射性元素含量就土壤和巖石中的天然放射性核素是環(huán)境中放射性核素的主要來源。 鈾在土壤中含量為2.8卩g/g在巖石中為1卩g/g Ra（鐳）在土壤中含量為 1 x 1（6- g/g在巖石中為8x 10-g/g不同的土壤，巖石其含量不盡相 同）火成巖中的放射性核素的含量高于水成巖）石灰石最低。河水中天然U的濃度一般為0.310卩g/L Ra的濃度一般為0.3737 x 10-2Bq/J_陸地上大氣中Ra的濃度平均為4.44 x 10-3Bq/L海洋上空Rn的濃 度約為 3.7 x 10-5Bq/L不

5、同建筑物內(nèi)空氣中 Rn 濃度亦各異。如農(nóng)村土房為 33.5 x 3.7 x 10-4Bq水泥地磚瓦房為 38.8 x 3.7 x 10-4Bq此外，食物如 大豆、面粉、牛奶、牛肉、蔬菜等都不同程度含有放射性物質(zhì)。1.3 人工放射源 隨著核能利用步伐的加快，人工輻射源對大氣、環(huán)境的污染日趨 嚴重。(1) 大氣層核武器爆炸，地下核爆炸含有核燃料，感生放射性及核 裂變產(chǎn)物的放射性氣溶膠、放射性沉降物擴散到大氣層中或因自身的 重量降到陸地、江河湖海。核爆炸產(chǎn)生的放射性物質(zhì)和感生放射產(chǎn)物 達幾十種元素 200多種放射性同位素。自 1 945年以來，世界環(huán)境受人 工放射性污染的主要來源美國、前蘇聯(lián)兩國在大

6、氣層進行一系列核武 器試驗和地下核爆炸試驗所產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物。(2) 正常進行的核電站和反應(yīng)堆對環(huán)境和大氣的污染主要是放射性 廢氣、廢碴，排放出的主要放射性物質(zhì)有85Kr、140Ba等。到2000年， 世界核電總裝機容量可達 10301652GW(e),占總發(fā)電量的50%。由 此可見，放射性核素對大氣和環(huán)境的污染日益加劇。核電事故釋放出的放射性物質(zhì)更是觸目驚心。 1957年10月英國的 溫茨開爾反應(yīng)堆事故向環(huán)境釋放放射核素 1311約為740TBq,同時伴有 106Ru等核素釋放。1986年4月前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站爆炸，使東歐、北歐環(huán)境遭到嚴重污染，對整個北半球均有不同程度的影響。(3) 礦山

7、尤其是鈾礦山開采過程中對環(huán)境和大氣的污染主要來自于四廢”即廢碴、廢氣、廢水、廢物)。如一個留礦法采場高 3m，面積 為200m2,堆積1000t礦石，其品位為0.1%,經(jīng)計算其氡氣產(chǎn)生量約 為3.0Bq/(s.t)，10min后，可產(chǎn)生 Rn 179.82X 10B,其他采礦方法也不 同程度地產(chǎn)生Rn并釋放到空氣中。此外，廢碴、廢水、廢物中的放射 性物質(zhì)滲入地下,流入河流、小溪,擴散到礦山周圍大氣中,鈾水冶 廠生產(chǎn)中所產(chǎn)生的 “四廢”放射性濃度更高,對大氣和環(huán)境污染更嚴重。 實質(zhì)上鈾礦廠是一個龐大的放射源。(4) 放射性診斷。隨著核科學(xué)的發(fā)展,放射性同位素在醫(yī)療領(lǐng)域得 到廣泛的應(yīng)用。它不僅造成

8、對環(huán)境的放射性污染,而且對人體造成直 接損傷,甚至還產(chǎn)生對遺傳的影響。2 放射性的危害 大氣和環(huán)境中的放射性物質(zhì),可經(jīng)過呼吸道、消化道、皮膚、直 接照射、遺傳等途徑進入人體,一部分放射性核素進入生物循環(huán),并 經(jīng)食物鏈進入人體 換行。放射性核素及其衰變產(chǎn)物進入人體的途徑如 圖 1 所示。放射性核素進入人體后, 由于它具有不斷衰變并放出射線的特性, 以及放射性環(huán)境、放射性診斷等對人體的直接輻射,即內(nèi)照射和外照 射,使體內(nèi)組織失去正常的生理機能并給組織造成損傷。其中氡的危害最為顯著。 氡是鐳的衰變產(chǎn)物, 鐳是鈾的衰變產(chǎn)物。氡從鐳 A 經(jīng)過八代衰變，最后才形成穩(wěn)定的元素鉛，前四代，即從Ra2RaC,半

9、衰期很短，叫做短壽命子體。氡是一種無色、無味、 無臭而透明，-65C溫度時為液態(tài)，-17C時由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài) Rn 的重率為9.37g/L,液態(tài)氡的重率為5.7g/mm3。氡的化學(xué)性質(zhì)不活潑， 一般不參加化學(xué)反應(yīng)。能溶于水、油類、有機溶劑，在脂肪中的溶解 度為在水中的 125 倍。亦能被固體物質(zhì)吸附，吸附在固體表面上的氡 形成難解脫的放射性薄膜。圖 1 放射性核素及衰變產(chǎn)物進入人體途徑示意圖前面已經(jīng)提到，氡及其子體具有 a僅丫三種衰變形式。三種衰 變的特性不同，對人體危害程度各異。其中以a射線的內(nèi)照射危害最大，因為它的射程短，一張紙就可以阻擋住?？杉性谌梭w小范圍內(nèi) 進行強烈的內(nèi)照射，使小

10、范圍的肌體組織承受高度集中的輻射能而造 成損傷。如在呼吸道器官中的 a粒子的射程正好可以轟擊到支氣管上 皮基底細胞核上，而造成嚴重的呼吸道疾病，乃至肺癌。射線對人體的危害不僅來自于 a粒子的內(nèi)照射，也來自 僅丫及其 他射線的外照射。在輻射防護中，用來度量射線對物質(zhì)的作用程度，引用了吸收劑 量這個概念，并用“ D”示。式中 是由輻射給予某一體元中的物質(zhì)的平均質(zhì)量，J； dm 該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量，kg。此外，還引用了劑量 當量 ”這個概念，用“ H”示。H=DQN式中 Q品質(zhì)因素；N其他任何修正因素的積。根據(jù)有關(guān)資料介紹，青年婦女在懷孕前受到診斷性照射(0.7 5rad) 后其小孩發(fā)生Down

11、、綜合癥的幾率增加9倍。低劑量的照射對人胎 兒是有害的。此外，放射性輻射尚可誘發(fā)致癌機理，目前有兩種主要假說：一是輻射誘發(fā)體細胞突變，從而使正常細胞向惡性細胞轉(zhuǎn)變；二是輻射 可使細胞的環(huán)境發(fā)生變化，從而有利于病毒的復(fù)制和病毒誘發(fā)惡性病 變。除致癌效應(yīng)外，輻射的晚期效應(yīng)還包括再生障礙性貧血、壽命縮 短、白內(nèi)障和視網(wǎng)膜發(fā)育異常。事物總是一分為二的，放射性輻射除了對人體的危害外，也有益 人類的方面，如放射性探測，放射性治腫瘤等。關(guān)鍵在于人類如何正 確應(yīng)用，堅決防治有害于人類的放射性危害，使核科學(xué)朝著造福于人 類方向不斷發(fā)展，不斷完善。3放射性的防治放射性污染的防治是關(guān)系到保護環(huán)境、保障人們健康，促進

12、社會 物質(zhì)文明、精神文明建設(shè)一個重要問題。具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義防治要標本兼防，標本兼治，以 “防 ”為主，在 “治”字上狠下功夫。 從而使我們賴以生存的空間和環(huán)境更干凈、更美麗。這應(yīng)當成為全人 類共同奮斗目標。3.1 有效控制氡及子體的析出對于鈾礦山而言，有效地控制氡及其子體的析出是至關(guān)重要的。 就技術(shù)條件而論，礦井使用抽出式通風(fēng)不佳。因抽出式通風(fēng)，井卷、 采場、硐室均處于負壓狀態(tài)，而礦巖中空隙的空氣壓力高于井巷、采 場、硐室的空氣壓力，由于氣體壓力降低時的吸出效應(yīng)，使氡及子體 從礦巖內(nèi)隨空氣流動而析出到礦井空間。而壓入式通風(fēng)，井巷內(nèi)空氣 壓力大于礦巖中空隙空氣壓力，壓入空氣滲入

13、礦巖空隙，一方面沖淡 了礦巖空隙中的氡濃度，另一方面改變了礦巖中壓力梯度，約束了氡 向井巷擴散速度，使井巷空氣氡濃度顯著下降。有關(guān)資料表明，如采 用573.7Pa的負壓，會引起氡析出量增加 3倍，而573.7Pa正壓，則導(dǎo) 致氡析出量下降 60%以上。此外，最大限度減少礦巖的暴露面，選擇最佳的采礦方法。充填 法不僅適應(yīng)于鈾礦床規(guī)模小、礦體不連續(xù)、品位變化大的特點，而且 有利于控制氡的析出。嚴禁脈內(nèi)開拓采準。在鈾水冶廠的破碎、磨礦、篩分等工藝過程中會產(chǎn)生大量的放射 性粉塵，應(yīng)采用濕式操作，同時在各個設(shè)備上加裝密封罩，加強通風(fēng) 和排氣除塵。3.2 有效處理放射性工業(yè)廢水隨著原子能工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生放

14、射性廢水量也在增加。放射性廢 水的處理在放射性的污染防治中占有很重要的地位。目前世界上約有 1/3 的核電站，其冷卻水排入海洋、湖泊、土地中，這只是一種消極處 理方法，無益于全球環(huán)境的保護。美國研究發(fā)展了一種低水平放射性廢水處理的新工藝，即將放射 性廢水經(jīng)凝沉淀、離子交換處理后再重復(fù)使用。它是補充水資源缺乏 的新途徑，有益于全球環(huán)境的保護。3.3 個體防護在放射性場所工作人員配戴高效防塵口罩；清除表面污染，上班 更衣、下班沐浴；充分提高工作效率，縮短工作時間；上班不進食， 不吸煙，皮膚破裂不得在放射性場所工作；設(shè)置密閉罩，使操作者與 含氡空氣隔離；除非出于健康的絕對需要，任何人都不要受到任何輻 射量的照射。 換行 3.4 從根本上防治全面調(diào)查已退役或?qū)⑼艘鄣姆派湫缘V山、尾礦壩。在有條件的地 方，應(yīng)堅決做到植被還林、還田。嚴禁土法開采治煉；大力推廣溶浸 采礦、鉆孔浸礦技術(shù)。因為它無需礦石轉(zhuǎn)運、無需水冶工藝、無尾礦 壩、無廢碴。是采、選、冶的結(jié)合，有廣闊的發(fā)展前景；對高放射性 廢物可選擇合適的地層， 在地下數(shù)百米或更深的地層建造最終處置庫， 可利用地層作隔離層把放射性廢物包容起來。保持從廢物中透出的放 射性核素在潛入生物圈之前能夠衰變到無害水平；大力開展放射