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铀矿山放射性危害及其防治 2011-4-7 16:40:44    浏览: 次   我要评论
[导读]在自然界中存在着铀镭系、钍系和锕系三个放射性系列。铀镭系的起始核素是铀238,它经过15代的衰变后成为稳定元素铅。其衰变形式是:23893U→23490Tn…→22688Ra→22386Rn…→20782Pb。氡经过8代衰变成稳定的元素铅。其衰变形式是:Rn→RaA→RaB→RaC…→20782Pb。

至1965年,已发现有1130个不稳定的核素。不稳定的核素能自发地发生衰变而成另一种不稳定的核素(或稳定的元素),在衰变过程中同时放出射线。放射性核素的这一特性在工业、农业、医学、国防等领域得到了广泛的应用。在当今世界,核科技竞争,能源危机日益加剧,加快了核能利用的过程。核辐射对大气、对环境的危害日趋严重,人们对此非常关心是理所当然的。现就放射性的来源、放射性的危害、放射性的防治三方面谈谈自己的粗浅认识。

一、放射性的来源

(一)自然界中的天然放射源

在自然界中存在着铀镭系、钍系和锕系三个放射性系列。铀镭系的起始核素是铀238,它经过15代的衰变后成为稳定元素铅。其衰变形式是:23893U→23490Tn…→22688Ra→22386Rn…→20782Pb。氡经过8代衰变成稳定的元素铅。其衰变形式是:Rn→RaA→RaB→RaC…→20782Pb。

放射性核素在衰变过程中,放出各种不同的射线。主要有α、β、γ射线及电子俘获。

α衰变,不稳定的原子核自发地放出α粒子而变成另一种核即氦(42He)原子核,由二个中子,二个质子组成,带二个正电荷。放射性核素在α衰变后,新形成的核素的原子量比原来的降低4,原子序数降低2。如22688Ra放出α粒子后就变成22286Rn。α射线穿透能力很弱,一张纸就可挡住。

β衰变,放射性核素衰变时放出β粒子,β粒子即为电子。β衰变前后,母体与子体核素质量数不变,但子体核素的原子序数比母体提高了。如21483Bi(RaC)在β衰变后,就变成21484Po(RaC′),β射线比α射线穿透能力强,但可被5mm铅板挡住。

电子俘获是指原子核俘获了核外的一个轨道电子,使核里的一个质子变为中子,所以产生的子体原子核的原子序数比母体少1,而质量数不变。如4019K经电子俘获后变为4018Ar。

放射性核素在衰变过程中,一般都伴随γ射线放出,γ射线是一种波长极短的电磁波,不带电荷。它的穿透能力很强,需要10cm厚铅板才能挡住。

(二)天然放射性物质的分布

由于地区的不同,环境中各种天然放射性核素的分布有很大的差异。在一些矿区尤其是铀矿区和火山浸入岩的地区放射性元素含量就高。

土壤和岩石中的天然放射性核素是环境中放射性核素的主要来源。铀在土壤中含量为2.8μg/g,在岩石中为1μg/g;Ra(镭)在土壤中含量为1×10-6μg/g,在岩石中为8×10-3μg/g。不同的土壤,岩石其含量不尽相同,火成岩中的放射性核素的含量高于水成岩,石灰石最低。

河水中天然U的浓度一般为0.3~10μg/L,Ra的浓度一般为0.37~37×10-2Bq/L。

陆地上大气中Ra的浓度平均为4.44×10-3Bq/L,海洋上空Rn的浓度约为3.7×10-5Bq/L。

不同建筑物内空气中Rn浓度亦各异。如农村土房为33.5×3.7×10-4Bq/L,水泥地砖瓦房为38.8×3.7×10-4Bq/L。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质。

(三)人工放射源

随着核能利用步伐的加快,人工辐射源对大气、环境的污染日趋严重。

1、大气层核武器爆炸,地下核爆炸含有核燃料,感生放射性及核裂变产物的放射性气溶胶、放射性沉降物扩散到大气层中或因自身的重量降到陆地、江河湖海。核爆炸产生的放射性物质和感生放射产物达几十种元素200多种放射性同位素。自1945年以来,世界环境受人工放射性污染的主要来源美国、前苏联两国在大气层进行一系列核武器试验和地下核爆炸试验所产生的裂变产物。

2、正常进行的核电站和反应堆对环境和大气的污染主要是放射性废气、废碴,排放出的主要放射性物质有85Kr、140Ba等。到2000年,世界核电总装机容量可达1030~1652GW(e),占总发电量的50%。由此可见,放射性核素对大气和环境的污染日益加剧。

核电事故释放出的放射性物质更是触目惊心。1957年10月英国的温茨开尔反应堆事故向环境释放放射核素131I约为740TBq,同时伴有106Ru等核素释放。1986年4月前苏联切尔诺贝利核电站爆炸,使东欧、北欧环境遭到严重污染,对整个北半球均有不同程度的影响。

3、矿山尤其是铀矿山开采过程中对环境和大气的污染主要来自于“四废”(即废碴、废气、废水、废物)。如一个留矿法采场高3m,面积为200m2,堆积1000t矿石,其品位为0.1%,经计算其氡气产生量约为3.0Bq/(s.t),10min后,可产生Rn179.82×10Bq,其他采矿方法也不同程度地产生Rn并释放到空气中。此外,废碴、废水、废物中的放射性物质渗入地下,流入河流、小溪,扩散到矿山周围大气中,铀水冶厂生产中所产生的“四废”放射性浓度更高,对大气和环境污染更严重。实质上铀矿厂是一个庞大的放射源。

4、放射性诊断。随着核科学的发展,放射性同位素在医疗领域得到广泛的应用。它不仅造成对环境的放射性污染,而且对人体造成直接损伤,甚至还产生对遗传的影响。

二、放射性的危害

大气和环境中的放射性物质,可经过呼吸道、消化道、皮肤、直接照射、遗传等途径进入人体,一部分放射性核素进入生物循环,并经食物链进入人体。放射性核素及其衰变产物进入人体的途径如图1所示。

放射性核素进入人体后,由于它具有不断衰变并放出射线的特性,以及放射性环境、放射性诊断等对人体的直接辐射,即内照射和外照射,使体内组织失去正常的生理机能并给组织造成损伤。

其中氡的危害最为显著。氡是镭的衰变产物,镭是铀的衰变产物。

氡从镭A经过八代衰变,最后才形成稳定的元素铅,前四代,即从RaA→RaC′,半衰期很短,叫做短寿命子体。氡是一种无色、无味、无臭而透明,-65℃温度时为液态,-17℃时由液态变为气态,气态Rn的重率为9.37g/L,液态氡的重率为5.7g/mm  3。氡的化学性质不活泼,一般不参加化学反应。能溶于水、油类、有机溶剂,在脂肪中的溶解度为在水中的125倍。亦能被固体物质吸附,吸附在固体表面上的氡形成难解脱的放射性薄膜。

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图1 放射性核素及衰变产物进入人体途径示意图

前面已经提到,氡及其子体具有α、β、γ三种衰变形式。三种衰变的特性不同,对人体危害程度各异。其中以α射线的内照射危害最大,因为它的射程短,一张纸就可以阻挡住。可集中在人体小范围内进行强烈的内照射,使小范围的肌体组织承受高度集中的辐射能而造成损伤。如在呼吸道器官中的α粒子的射程正好可以轰击到支气管上皮基底细胞核上,而造成严重的呼吸道疾病,乃至肺癌。

射线对人体的危害不仅来自于α粒子的内照射,也来自β、γ及其他射线的外照射。

在辐射防护中,用来度量射线对物质的作用程度,引用了吸收剂量这个概念,并用“D”表示。  

  式中 

—是由辐射给予某一体元中的物质的平均质量,J;

dm—该体积元中物质的质量,kg。

此外,还引用了“剂量当量”这个概念,用“H”表示。

H=DQN

式中 Q—品质因素;

   N—其他任何修正因素的积。

根据有关资料介绍,青年妇女在怀孕前受到诊断性照射(0.7~5rad)后其小孩发生Downs综合症的几率增加9倍。低剂量的照射对人胎儿是有害的。

此外,放射性辐射尚可诱发致癌机理,目前有两种主要假说:“一是辐射诱发体细胞突变,从而使正常细胞向恶性细胞转变;二是辐射可使细胞的环境发生变化,从而有利于病毒的复制和病毒诱发恶性病变。

除致癌效应外,辐射的晚期效应还包括再生障碍性贫血、寿命缩短、白内障和视网膜发育异常。

事物总是一分为二的,放射性辐射除了对人体的危害外,也有益人类的方面,如放射性探测,放射性治肿瘤等。关键在于人类如何正确应用,坚决防治有害于人类的放射性危害,使核科学朝着造福于人类方向不断发展,不断完善。

三、放射性的防治

放射性污染的防治是关系到保护环境、保障人们健康,促进社会物质明、精神明建设一个重要问题。具有重要的现实意义和深远的历史意义。

防治要标本兼防,标本兼治,以“防”为主,在“治”字上狠下功夫。从而使我们赖以生存的空间和环境更干净、更美丽。这应当成为全人类共同奋斗目标。

(一)有效控制氡及子体的析出

对于铀矿山而言,有效地控制氡及其子体的析出是至关重要的。就技术条件而论,矿井使用抽出式通风不佳。因抽出式通风,井卷、采场、硐室均处于负压状态,而矿岩中空隙的空气压力高于井巷、采场、硐室的空气压力,由于气体压力降低时的吸出效应,使氡及子体从矿岩内随空气流动而析出到矿井空间。而压入式通风,井巷内空气压力大于矿岩中空隙空气压力,压入空气渗入矿岩空隙,一方面冲淡了矿岩空隙中的氡浓度,另一方面改变了矿岩中压力梯度,约束了氡向井巷扩散速度,使井巷空气氡浓度显著下降。有关资料表明,如采用573.7Pa的负压,会引起氡析出量增加3倍,而573.7Pa正压,则导致氡析出量下降60%以上。

此外,最大限度减少矿岩的暴露面,选择最佳的采矿方法。充填法不仅适应于铀矿床规模小、矿体不连续、品位变化大的特点,而且有利于控制氡的析出。严禁脉内开拓采准。

在铀水冶厂的破碎、磨矿、筛分等工艺过程中会产生大量的放射性粉尘,应采用湿式操作,同时在各个设备上加装密封罩,加强通风和排气除尘。

(二)有效处理放射性工业废水

随着原子能工业的发展,产生放射性废水量也在增加。放射性废水的处理在放射性的污染防治中占有很重要的地位。目前世界上约有1/3的核电站,其冷却水排入海洋、