РБ ЗО химики 2014-2015 / Уч мет пос 2 / Уч поссоб 2

1.4.1 Характеристика гамма-излучения урановых руд

Добыча и первичная переработка урановой руды связана с возможностью внешнего облучения персонала. Характеристика γ^_излучения равновесного уранового ряда представлена в табл.1.9.

Таблица1.9 Характеристика гамма-излучения равновесного уранового ряда

Нуклид	Диапазон энергий, МэВ	Выход на один распад	Суммарная энергия на один распад, МэВ
Урановая группа ²³⁸U - ²³⁰Th	0,0 – 0,3 0,3 – 2,0	0,47 0,01	0,04 0,01
Радиевая группа ²²⁶Ra ²¹⁰Po	0,0 – 0,3 0,3 – 0,6 0,6 – 1,0 1,0 – 1,5 1,5 – 2,0 2,0 – 2,5	0,71 0,37 0,57 0,36 0,29 0,09	0,10 0,14 0,37 0,44 0,50 0,20
Сумма радиевой группы	-	3,39	1,75
Ряд актиноурана	0,0 – 1,0	0,30	0,05
Сумма равновесного уранового ряда	0,0 – 2,5	3,17	1,85

* С учетом соотношения ²³⁸U и ²³⁵U в естественной смеси изотопов урана (0,046 распада²³⁵Uна 1 распад²³⁸U)

Следует отметить, что более чем на 90% суммарное γ-излучение ряда обусловлено короткоживущими продуктами распада радона. Самоослабление и многократное рассеяние в объемных рудных телах приводит к тому, что спектральный состав излучения существенно отличается от линейчатого спектра первичного излучения уранового ряда, т. е. спектраγ-излучения «точечного» рудного образца. В спектре для объемных рудных тел, наряду с первичными линиями, появляется непрерывное распределение рассеянногоγ-излучения, причем доля его растет с увеличением объема тела до некоторого предела, при котором плотность потока и спектральный состав соответствуют излучению бесконечной рудной среды.

Для бесконечно протяженного рудного слоя его толщина, тоже практически эквивалентная бесконечной, по плотности потока γ-квантов составляет 80–120г/см², а по дозовому спектру 30–40г/см², что при плотности руды 2–3г/см³ соответствует в первом случае 30 – 60см, а во втором — 10–20см слоя руды, Дозовыеспектры γ-излучения точечного рудного источника и бесконечной рудной среды, рассчитанные в относительных единицах, представлены на . Вклад в суммарное излучениеγ-квантов с энергиями менее 0,3Мэв, 0,3–1МэВ и более 1МэВ составляет для точечного источника 40, 30 и 30% по потокуγ-квантов и 10, 28 и 62% по дозе, а для бесконечной среды – соответственно 72, 17 и 11% по потокуγ-квантов и 27, 28 и 45% по дозе.Средняя энергия γ-излучения точечного источника (равновесного уранового ряда) – 0,72 МэВ/γ-квант, бесконечной рудной среды – 0,33 МэВ/γ-квант.

Рис.1.4 Дозовый спектр γ^_излучения равновесной урановой руды для «точечного» образца (а,б) и бесконечной рудной среды (в,г)

а –D_γ >0,05 отн. ед.б – D_γ <0,1 отн.ед.в – спектр рассеянногоγ–излучения,г– суммарныйγ спектр

Мощность поглощенной в воздухе дозы γ-излучения внутри бесконечной рудной среды (т.е. горной выработки, целиком расположенной внутри рудного тела, в так называемойя 4π-геометрии), зависит от эффективного атомного номера Z_эфф, однако с достаточной для практических целей точностью может быть оценена по формуле

D_γ = 16,4∙C_U мкГр/ч, (1.12)

где С_U– содержание равновесного урана в руде, кг/т В случае полубесконечного пространства аналогичное соотношение имеет вид:

D_γ = 7,5∙C_U мкГр/ч, (1.13)

На практике чаще встречаются ситуации, когда не вся поверхность стенок горной выработки является рудной, потому для прогнозирования мощности дозы γ-излучения, мкГр/ч, обычно используют зависимость:

D_γ=k_γ∙C_U (1.14)

где k_γ - эмпирический коэффициент, который определяют по данным радиационного контроля для определенных горногеологических и горнотехнических условий, мкГрּт/(чּкг).

При отсутствии экспериментальных данных k_γ можно принимать равным 5,6 мкГрּт(чּкг).

Формулы 1.12, 1.13, 1.14 и позволяют оценить максимально возможную мощность дозы применительно к условиям подземных горных выработок или карьера, вскрывающих рудные тела, однородные по содержанию урана и достаточно большие по мощности, падению и простиранию. На практике эти значения оказываются ниже расчетных из-за: - неравномерности оруденения, чередования рудных и безрудных участков, невыполнения условия бесконечности по толщине или по протяженности рудного слоя (так, на расстоянии 2 м от слоя руды бесконечной толщины условию бесконечной протяженности будет удовлетворять диск, имеющий диаметр около ~ 10м),

- сдвига равновесия между ураном и радием в сторону уменьшения радия или потери радона и его короткоживущих продуктов распада за счет эманирования руды,

- ослабления γ^_излучения в материалах крепления выработок (деревянная крепь снижает мощность дозы на 20 – 40%, бетонная — в 3 –10 раз) и т. п.

Максимально возможная мощность дозы γ-облучения от отдельных небольших образцов урановых руд, для которых можно пренебречь самоослаблением в образце, рассчитывается по формуле 1.15 для точечного источника:

D_γ= 3,5∙m_u/R²= 0,035∙m_p∙C_u/ R²= 9,2∙10³∙m_Ra, мкГр/час (1.15)

где m_U– масса равновесного урана в образце,г; m_p – масса образца,г;С_U– содержание урана в руде, кг/т:m_Ra – количество радия в образце, мг-экв; R – расстояние от образца до расчетной точки, см. Для образцов, размеры которых превышают 0,2R, расчет по (1.15)будет давать несколько завышенные значения мощности дозы.

Мощность дозы в воздухе, обусловленная β-излучением толстого (не менее 3мм) бесконечно протяженного слоя равновесной урановой руды, для точки, удаленной от слоя на расстояние 0–10см, может быть рассчитана по формуле:

D_γ = 6,5∙C_U мкГр/ч (1.16)

С увеличением расстояний от слоя до 1 м мощность дозы снижается примерно в три раза, а до 2м — в6 раз. На расстоянии 1 см от точечного источника равновесной урановой руды соотношение имеет вид:

D_γ = 840∙m_u = 8,4m_p∙C_u, мкГр/ч (1.17)

где обозначения те же, что в (1.15).На расстоянии 0,5м мощность дозыβ-излучения точечного источника

Рис 1.4 Зависимость мощности дозы γ-излученияР_γ от содержания равновесного уранаC_Uв руде для бесконечного(1) и полубесконечного (2) рудного пласта и от расстояния до точечного образца равновесной урановой рудыR, содержащей 1г (3) и 1кг (4) урана

снижается в 10⁴раз, а на 1,5м –10⁵раз, т. е. значительно быстрее, чем по закону 1/R². На практикеβ-облучение из-за сильного ослабления с увеличением расстояния от источника (в различных поглощающих материалах, в спецодежде и т.п.)не играет существенной, по сравнению сγ-облучением, роли. Важное исключение составляют ручные операции с очень богатыми образцами руды, когда за счетβ-облучения при прямом контакте незащищенных рук с образцом поглощенная доза может достигать больших значений (до несколькихрадза 1ч контакта при содержании равновесного урана в образце порядка 10%).

На рис 1.4 показана зависимость мощности дозы, создаваемой в воздухе γ-излучением бесконечного и полубесконечного рудного пласта и точечного рудного образца, от содержания равновесного урана. Как видно из рис.1.4, мощность дозыγ-излучения рудных пластов не может превышать допустимых значений при содержании урана в руде менее 0,15 – 0,2%, а отдельных рудных образцов — на расстоянии порядка 1–2см при содержании урана в образце менее 1г и на расстоянии 30 – 40см при содержании урана в образце менее 1 кг.

Содержание