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铀矿通风尾气放射性核素在大气中迁移的数值模拟与实验研究

谢东

   铀矿开采过程中产生大量的氡及其子体、铀矿尘、放射性气溶胶等放射性有害物,其所造成的剂量约占整个核燃料循环系统总剂量的83.3%。铀矿通风尾气的排放对周围环境造成一定程度的污染,危害公众健康。尾气中放射性核素在大气中的输运过程十分复杂,它和污染源的性质、输运区域的地形、地貌特征、大气风场、不同地区的气候特征,降水等因素有关。铀矿通风尾气中放射性核素迁移扩散研究是大气污染控制与环境治理要重点解决的课题之一,对促进核行业可持续发展具有重要意义。 论文是在国家自然科学基金项目(铀矿井通风尾气核素迁移及安全防护距离综合预测方法研究)的资助下,针对不同风速特性和下垫面粗糙度下核素迁移扩散的特点,采用数值模拟和模型实验的方法研究了铀矿通风尾气放射性核素迁移扩散机理,探讨了辐射安全防护距离的计算方法,提出了关于铀矿通风尾气放射性污染的数值计算方法和预测评价方法。 论文的主要工作体现在以下几个方面: (1)系统阐述了铀矿通风尾气排放特点和污染特征;分析了放射性污染问题主要研究方法的适用性及不足。在上述基础上,提出了研究铀矿通风尾气对周围环境放射性污染的数值计算方法和评价方法。 (2)系统分析了各种影响大气中铀矿通风尾气放射性核素迁移扩散的因素,确定影响核素扩散的主要因素,为数值模拟和模型实验设计提供了理论依据。 (3)研究了复杂地形下核素大气中迁移扩散的数值计算方法,探讨了复杂地形网格的划分、边界条件的确定、核素计算参数的选取等一些基本问题;提出了核素分相求解的计算方法,为后续数值模拟计算打下了基础。 (4)针对铀矿通风尾气排放源特征、风速和下垫面粗糙度特点,采用数值方法研究了风场特性和粗糙度对复杂地形下铀矿通风尾气核素扩散的影响,揭示了不同因素影响下氡气的分布规律和影响区域,以及核素粒子的大气迁移特性,数值结果与现场实测值规律一致,吻合良好,为铀矿通风尾气对周围环境放射性污染和危害的预测与评价打下了基础。 (5)采用缩比模型水槽实验方法,利用盐水溶液在水中的扩散来模拟氡气在大气中的扩散情况,并应用PIV技术、DIPT技术和流场显示技术研究了铀矿通风尾气核素大气扩散特性,揭示了铀矿通风尾气核素大气迁移扩散和浓度分布规律,并用实验结果验证了数值计算结果。 (6)应用前述所建立的数值方法以及国家对铀矿区周围放射性污染的公众个人剂量限制标准,建立了辐射防护安全距离和铀矿区选址的评价方法;并利用指数平滑法建立污染预测模型,对铀矿井周围放射性核素污染进行了10年的预测评价;最后提出了针对我国铀矿通风尾气对环境污染的防护措施。……   
[关键词]:铀矿通风;放射性核素;数值模拟;水槽模型实验;迁移-扩散规律
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中南大学2009年
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