| 论文标题 | Temperature-humidity evolution and radon exhalation mechanism of red clay-bentonite covering layer in uranium mill tailings pond |
| 发布机构 | Springer Nature |
| 发布期刊 | Scientific Reports |
| 发布时间 | 2024 年 1 月 |
| 作者/机构 | Chao Xie、Wenjun Lu、Hong Wang、Xiangshuai Wang、Tao Yu;南华大学;先进核能技术设计与安全教育部重点实验室 |
| 轻松连产品 | 轻松连 GS1 工业级温湿度记录仪 |
| 数据收集 | 铀尾矿库覆盖层温度与湿度 |
| 采样频率 | 温湿度为连续监测;氡浓度在每个 3 小时测量期内每 10 分钟采样一次,并同步提取对应温湿度数据 |
| 研究周期 | 两组覆盖层模型在相同自然环境中放置 7 天;研究选取 5 个氡测量期进行对比分析 |
| 应用场景 | 铀尾矿库退役治理、覆盖层温湿度监测、氡析出机制分析、红黏土-膨润土覆盖层性能评估 |
| 原文链接 | https://doi.org/10.1038/s41598-023-50733-w |
铀尾矿库是用于贮存铀矿冶尾矿的核设施。由于铀尾矿中含有镭,衰变过程中会持续产生氡气。氡是一种放射性气体,可随空气和水在尾矿库地质环境中迁移。如果氡从尾矿库表面逸散到周边环境中,可能对附近居民和工作人员造成健康风险。
在退役铀尾矿库治理中,表面覆盖处置是降低氡析出的常用方法。其基本原理是通过覆盖层阻滞氡迁移,使更多氡在覆盖层内部衰变,从而降低表面释放量。但覆盖层的降氡效果并不只由厚度决定,还与材料组成、孔隙结构、含水状态、渗透性、压实度以及外部环境条件密切相关。
这项研究关注的是:在红黏土中加入膨润土,是否能够改善铀尾矿库覆盖层的保水性、孔隙结构和降氡效果。膨润土具有吸水膨胀、低渗透和较强保水特性,可能通过填充或缩小土体孔隙来限制氡迁移。
为研究这一机制,研究团队建立了红黏土覆盖层和红黏土-膨润土覆盖层两种模拟模型。轻松连 GS1 温湿度记录仪用于在自然环境条件下连续监测覆盖层温度和湿度,RAD7 氡监测仪用于测量氡浓度。研究团队将温湿度数据与氡析出数据结合,用于分析覆盖层环境变化与氡析出机制之间的关系。
在这项研究中,轻松连 GS1 温湿度记录仪被用作铀尾矿库覆盖层模拟实验中的实时温湿度监测设备。论文并不是说轻松连直接测量了氡,也不是说轻松连单独证明了降氡机制。GS1 温湿度记录仪的作用是采集覆盖层温度和湿度数据,再将这些数据与 RAD7 氡监测仪采集的氡浓度数据结合分析。
实验使用两个模型箱模拟铀尾矿库滩面覆盖层。每个模型箱为可密封立方体箱体,尺寸为 40 cm × 40 cm × 80 cm。箱体下部和底部设置聚氨酯泡沫保温层,以减少外界温度对铀尾矿层的影响。模型由 40 cm 铀尾矿层、12 cm 覆盖层和 28 cm 氡收集空间组成。
研究团队制备了两种覆盖层材料。第一种为红黏土覆盖层,记为 RC;第二种为红黏土-膨润土覆盖层,记为 RC-B,由红黏土和钠基膨润土按 1:1 混合制成。模型制备完成后,两组实验模型被放置在同一自然环境中 7 天。
轻松连 GS1 工业温湿度记录仪用于连续监测覆盖层温度和湿度。论文说明,该设备温度测量范围为 20 °C 至 60 °C,湿度测量范围为 10% 至 90%,测量精度分别为 ±0.5 °C 和 ±2%。
GS1 工业温湿度记录仪数据在研究中主要发挥了三个作用。
第一,用于记录红黏土和红黏土-膨润土覆盖层在相同外部自然条件下的温湿度演化过程。这使研究团队能够比较膨润土加入后是否改变覆盖材料的保温性和保水性。
第二,用于与氡测量同步分析。研究团队共采集 5 组氡浓度数据。每次氡测量持续 3 小时,氡浓度每 10 分钟采样一次。研究人员在同一时间段提取轻松连温湿度数据,从而将覆盖层环境状态与氡析出率联系起来分析。
第三,用于支持氡析出机制解释。研究发现,红黏土-膨润土覆盖层的保水性优于红黏土覆盖层,但两者温度曲线趋势接近。在不饱和含水条件下,温度是影响氡析出变化的主导因素。UbiBot 记录的温湿度数据为这一判断提供了环境背景。
因此,GS1 工业温湿度记录仪这项研究中的具体作用是环境监测和机制分析数据支撑。它记录覆盖层真实温湿度变化,RAD7 记录氡浓度,两类数据共同支持红黏土-膨润土覆盖层降氡效果和机理分析。
研究团队建立了两组铀尾矿库滩面覆盖层模拟模型。实验所用铀尾矿取自中国南方某铀尾矿库。覆盖材料包括红黏土和膨润土改性红黏土。
模型箱尺寸为 40 cm × 40 cm × 80 cm。铀尾矿分四次填入,每次约 10 cm,形成 40 cm 铀尾矿层。覆盖层分两次填筑,厚度为 12 cm。覆盖层上方预留 28 cm 氡收集空间。
两组模型分别为:
模型制备完成后,两组模型被放置在相同自然环境中 7 天。UbiBot GS1 连续采集覆盖层温度和湿度。RAD7 氡监测仪采用闭环法测量氡浓度。
氡数据采集分为 5 个测量期,记为测量点 1 至 5。每个测量期中,氡浓度每 10 分钟采样一次,持续 3 小时。研究团队同步提取对应时间段的温度和湿度数据,从而开展温湿度与氡析出之间的关联分析。
氡析出率采用闭室法计算。论文中使用简化公式 J = kH,其中 k 为累积氡浓度拟合曲线斜率,H 为氡收集空间高度。
随后,研究比较了两种覆盖层的温度演化、湿度演化、累积氡浓度、氡析出率和降氡效率。
研究发现,红黏土-膨润土覆盖层的降氡效果明显优于单一红黏土覆盖层。在 5 个测量点中,红黏土覆盖层的累积氡浓度显著高于红黏土-膨润土覆盖层。
在 180 分钟时,红黏土覆盖层对应的氡浓度约为 24,973、21,511、28,654、22,215 和 28,933 Bq·m⁻³;而红黏土-膨润土覆盖层对应值约为 12,516、3,387、15,098、4,731 和 10,076 Bq·m⁻³。
红黏土-膨润土覆盖层的平均氡析出率仅为红黏土覆盖层的 0.32 倍,说明在该模拟实验中,红黏土-膨润土混合材料具有更好的降氡效果。
温度监测结果显示,在相同外部自然条件下,红黏土和红黏土-膨润土覆盖层温度演化趋势相近,温度曲线高度重叠。这说明加入膨润土并未显著改善覆盖层的保温性能。
湿度监测结果则显示出更明显差异。红黏土-膨润土覆盖层的湿度通常比红黏土覆盖层高约 1% 至 3%。这表明膨润土能够提高覆盖材料的保水性能。
研究还发现,在不饱和含水条件下,湿度并不是短期氡析出变化的主导因素。由于覆盖层湿度低于 40%,土壤水分尚不足以完全堵塞氡迁移通道。相反,土壤温度与氡析出变化关系更明显。温度升高会增强氡在覆盖层中的渗流和扩散,因此温度是本实验中影响氡析出变化的主要因素。
研究提出的机制是:膨润土吸水膨胀后,与红黏土形成红黏土-膨润土团聚体,使土体孔隙变小、保水性增强,从而更有效地限制氡迁移。
这项研究说明,铀尾矿库退役治理中,覆盖层材料选择非常关键。覆盖层不仅是简单的物理屏障,其孔隙结构、含水状态和对环境温度的响应都会影响氡迁移。
对于铀尾矿库治理而言,红黏土-膨润土混合覆盖层相比单一红黏土具有潜在优势。膨润土能够提高保水性,并通过吸水膨胀改变孔隙结构,从而降低氡迁移通道的连通性。
研究也说明,在覆盖层降氡研究中,温度和湿度监测非常重要。氡析出并不只受材料本身控制,外界温度、日照、蒸发和覆盖层水分分布都会影响氡扩散和渗流。UbiBot 连续温湿度数据帮助研究团队解释不同测量期氡析出率变化的原因。
对于环境安全评价而言,这意味着氡控制实验应将放射性测量与环境参数监测结合起来。单独的氡浓度数据可以说明释放量大小,而温湿度数据可以帮助解释释放率为什么发生变化。
在这项铀尾矿库覆盖层实验中,GS1 温湿度记录仪体现出的价值主要是作为环境监测工具,为氡析出机理研究提供温湿度背景数据。
首先,GS1 提供了覆盖层实时温湿度数据。这些数据记录了氡测量发生时的物理环境条件。
第二,设备支持材料对比研究。研究团队在相同自然条件下监测红黏土和红黏土-膨润土两种覆盖层,从而比较两种材料在温度响应和保水性上的差异。
第三,GS1帮助将环境条件与氡析出行为关联起来。研究团队在氡测量同步时间段提取温湿度数据,用于分析温度和湿度哪个因素与氡析出变化关系更密切。
第四,设备支持自然环境下的连续监测。真实铀尾矿库覆盖层长期暴露于天气、日照、蒸发和温度波动中,GS1 能够提供与这些现场环境影响相关的数据。
第五,GS1 与专业氡测量设备形成互补。RAD7 负责测量氡浓度,GS1负责记录覆盖层环境条件。两类数据结合后,能够更完整地解释覆盖层降氡机制。
在这篇论文中,GS1 的价值不在于检测氡,而在于提供解释氡析出和覆盖层性能所需的温湿度环境数据。
基于该研究中的监测方式,GS1 可延伸应用于以下场景:
研究使用了轻松连GS1 工业温湿度记录仪。
轻松连 GS1 无线智能传感器采集了铀尾矿库模拟覆盖层的温度和湿度数据。
设备用于实验模型箱中,监测红黏土覆盖层和红黏土-膨润土覆盖层的温度与湿度。
论文描述轻松连GS1 对温湿度进行连续监测。氡浓度在每个 3 小时测量期内每 10 分钟采样一次,并同步提取对应轻松连温湿度数据。
两组覆盖层模型在相同自然环境中放置 7 天,并选取 5 个氡测量期进行分析。
不是。氡浓度由 RAD7 氡监测仪测量。UbiBot GS1 测量覆盖层温度和湿度。
温湿度数据用于分析覆盖层环境条件,并解释温度和湿度与氡析出变化之间的关系。
研究比较了红黏土覆盖层和红黏土-膨润土覆盖层,其中红黏土-膨润土为 1:1 混合材料。
红黏土-膨润土覆盖层具有更好的降氡效果,其平均氡析出率仅为红黏土覆盖层的 0.32 倍。
该研究为膨润土改性红黏土用于铀尾矿库退役治理提供了实验数据和机制分析,也说明温湿度监测对于理解覆盖层氡析出行为非常关键。
学术研究与实践验证
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| 论文标题 | Temperature-humidity evolution and radon exhalation mechanism of red clay-bentonite covering layer in uranium mill tailings pond |
| 发布机构 | Springer Nature |
| 发布期刊 | Scientific Reports |
| 发布时间 | 2024 年 1 月 |
| 作者/机构 | Chao Xie、Wenjun Lu、Hong Wang、Xiangshuai Wang、Tao Yu;南华大学;先进核能技术设计与安全教育部重点实验室 |
| 轻松连产品 | 轻松连 GS1 工业级温湿度记录仪 |
| 数据收集 | 铀尾矿库覆盖层温度与湿度 |
| 采样频率 | 温湿度为连续监测;氡浓度在每个 3 小时测量期内每 10 分钟采样一次,并同步提取对应温湿度数据 |
| 研究周期 | 两组覆盖层模型在相同自然环境中放置 7 天;研究选取 5 个氡测量期进行对比分析 |
| 应用场景 | 铀尾矿库退役治理、覆盖层温湿度监测、氡析出机制分析、红黏土-膨润土覆盖层性能评估 |
| 原文链接 | https://doi.org/10.1038/s41598-023-50733-w |
铀尾矿库是用于贮存铀矿冶尾矿的核设施。由于铀尾矿中含有镭,衰变过程中会持续产生氡气。氡是一种放射性气体,可随空气和水在尾矿库地质环境中迁移。如果氡从尾矿库表面逸散到周边环境中,可能对附近居民和工作人员造成健康风险。
在退役铀尾矿库治理中,表面覆盖处置是降低氡析出的常用方法。其基本原理是通过覆盖层阻滞氡迁移,使更多氡在覆盖层内部衰变,从而降低表面释放量。但覆盖层的降氡效果并不只由厚度决定,还与材料组成、孔隙结构、含水状态、渗透性、压实度以及外部环境条件密切相关。
这项研究关注的是:在红黏土中加入膨润土,是否能够改善铀尾矿库覆盖层的保水性、孔隙结构和降氡效果。膨润土具有吸水膨胀、低渗透和较强保水特性,可能通过填充或缩小土体孔隙来限制氡迁移。
为研究这一机制,研究团队建立了红黏土覆盖层和红黏土-膨润土覆盖层两种模拟模型。轻松连 GS1 温湿度记录仪用于在自然环境条件下连续监测覆盖层温度和湿度,RAD7 氡监测仪用于测量氡浓度。研究团队将温湿度数据与氡析出数据结合,用于分析覆盖层环境变化与氡析出机制之间的关系。
在这项研究中,轻松连 GS1 温湿度记录仪被用作铀尾矿库覆盖层模拟实验中的实时温湿度监测设备。论文并不是说轻松连直接测量了氡,也不是说轻松连单独证明了降氡机制。GS1 温湿度记录仪的作用是采集覆盖层温度和湿度数据,再将这些数据与 RAD7 氡监测仪采集的氡浓度数据结合分析。
实验使用两个模型箱模拟铀尾矿库滩面覆盖层。每个模型箱为可密封立方体箱体,尺寸为 40 cm × 40 cm × 80 cm。箱体下部和底部设置聚氨酯泡沫保温层,以减少外界温度对铀尾矿层的影响。模型由 40 cm 铀尾矿层、12 cm 覆盖层和 28 cm 氡收集空间组成。
研究团队制备了两种覆盖层材料。第一种为红黏土覆盖层,记为 RC;第二种为红黏土-膨润土覆盖层,记为 RC-B,由红黏土和钠基膨润土按 1:1 混合制成。模型制备完成后,两组实验模型被放置在同一自然环境中 7 天。
轻松连 GS1 工业温湿度记录仪用于连续监测覆盖层温度和湿度。论文说明,该设备温度测量范围为 20 °C 至 60 °C,湿度测量范围为 10% 至 90%,测量精度分别为 ±0.5 °C 和 ±2%。
GS1 工业温湿度记录仪数据在研究中主要发挥了三个作用。
第一,用于记录红黏土和红黏土-膨润土覆盖层在相同外部自然条件下的温湿度演化过程。这使研究团队能够比较膨润土加入后是否改变覆盖材料的保温性和保水性。
第二,用于与氡测量同步分析。研究团队共采集 5 组氡浓度数据。每次氡测量持续 3 小时,氡浓度每 10 分钟采样一次。研究人员在同一时间段提取轻松连温湿度数据,从而将覆盖层环境状态与氡析出率联系起来分析。
第三,用于支持氡析出机制解释。研究发现,红黏土-膨润土覆盖层的保水性优于红黏土覆盖层,但两者温度曲线趋势接近。在不饱和含水条件下,温度是影响氡析出变化的主导因素。UbiBot 记录的温湿度数据为这一判断提供了环境背景。
因此,GS1 工业温湿度记录仪这项研究中的具体作用是环境监测和机制分析数据支撑。它记录覆盖层真实温湿度变化,RAD7 记录氡浓度,两类数据共同支持红黏土-膨润土覆盖层降氡效果和机理分析。
研究团队建立了两组铀尾矿库滩面覆盖层模拟模型。实验所用铀尾矿取自中国南方某铀尾矿库。覆盖材料包括红黏土和膨润土改性红黏土。
模型箱尺寸为 40 cm × 40 cm × 80 cm。铀尾矿分四次填入,每次约 10 cm,形成 40 cm 铀尾矿层。覆盖层分两次填筑,厚度为 12 cm。覆盖层上方预留 28 cm 氡收集空间。
两组模型分别为:
模型制备完成后,两组模型被放置在相同自然环境中 7 天。UbiBot GS1 连续采集覆盖层温度和湿度。RAD7 氡监测仪采用闭环法测量氡浓度。
氡数据采集分为 5 个测量期,记为测量点 1 至 5。每个测量期中,氡浓度每 10 分钟采样一次,持续 3 小时。研究团队同步提取对应时间段的温度和湿度数据,从而开展温湿度与氡析出之间的关联分析。
氡析出率采用闭室法计算。论文中使用简化公式 J = kH,其中 k 为累积氡浓度拟合曲线斜率,H 为氡收集空间高度。
随后,研究比较了两种覆盖层的温度演化、湿度演化、累积氡浓度、氡析出率和降氡效率。
研究发现,红黏土-膨润土覆盖层的降氡效果明显优于单一红黏土覆盖层。在 5 个测量点中,红黏土覆盖层的累积氡浓度显著高于红黏土-膨润土覆盖层。
在 180 分钟时,红黏土覆盖层对应的氡浓度约为 24,973、21,511、28,654、22,215 和 28,933 Bq·m⁻³;而红黏土-膨润土覆盖层对应值约为 12,516、3,387、15,098、4,731 和 10,076 Bq·m⁻³。
红黏土-膨润土覆盖层的平均氡析出率仅为红黏土覆盖层的 0.32 倍,说明在该模拟实验中,红黏土-膨润土混合材料具有更好的降氡效果。
温度监测结果显示,在相同外部自然条件下,红黏土和红黏土-膨润土覆盖层温度演化趋势相近,温度曲线高度重叠。这说明加入膨润土并未显著改善覆盖层的保温性能。
湿度监测结果则显示出更明显差异。红黏土-膨润土覆盖层的湿度通常比红黏土覆盖层高约 1% 至 3%。这表明膨润土能够提高覆盖材料的保水性能。
研究还发现,在不饱和含水条件下,湿度并不是短期氡析出变化的主导因素。由于覆盖层湿度低于 40%,土壤水分尚不足以完全堵塞氡迁移通道。相反,土壤温度与氡析出变化关系更明显。温度升高会增强氡在覆盖层中的渗流和扩散,因此温度是本实验中影响氡析出变化的主要因素。
研究提出的机制是:膨润土吸水膨胀后,与红黏土形成红黏土-膨润土团聚体,使土体孔隙变小、保水性增强,从而更有效地限制氡迁移。
这项研究说明,铀尾矿库退役治理中,覆盖层材料选择非常关键。覆盖层不仅是简单的物理屏障,其孔隙结构、含水状态和对环境温度的响应都会影响氡迁移。
对于铀尾矿库治理而言,红黏土-膨润土混合覆盖层相比单一红黏土具有潜在优势。膨润土能够提高保水性,并通过吸水膨胀改变孔隙结构,从而降低氡迁移通道的连通性。
研究也说明,在覆盖层降氡研究中,温度和湿度监测非常重要。氡析出并不只受材料本身控制,外界温度、日照、蒸发和覆盖层水分分布都会影响氡扩散和渗流。UbiBot 连续温湿度数据帮助研究团队解释不同测量期氡析出率变化的原因。
对于环境安全评价而言,这意味着氡控制实验应将放射性测量与环境参数监测结合起来。单独的氡浓度数据可以说明释放量大小,而温湿度数据可以帮助解释释放率为什么发生变化。
在这项铀尾矿库覆盖层实验中,GS1 温湿度记录仪体现出的价值主要是作为环境监测工具,为氡析出机理研究提供温湿度背景数据。
首先,GS1 提供了覆盖层实时温湿度数据。这些数据记录了氡测量发生时的物理环境条件。
第二,设备支持材料对比研究。研究团队在相同自然条件下监测红黏土和红黏土-膨润土两种覆盖层,从而比较两种材料在温度响应和保水性上的差异。
第三,GS1帮助将环境条件与氡析出行为关联起来。研究团队在氡测量同步时间段提取温湿度数据,用于分析温度和湿度哪个因素与氡析出变化关系更密切。
第四,设备支持自然环境下的连续监测。真实铀尾矿库覆盖层长期暴露于天气、日照、蒸发和温度波动中,GS1 能够提供与这些现场环境影响相关的数据。
第五,GS1 与专业氡测量设备形成互补。RAD7 负责测量氡浓度,GS1负责记录覆盖层环境条件。两类数据结合后,能够更完整地解释覆盖层降氡机制。
在这篇论文中,GS1 的价值不在于检测氡,而在于提供解释氡析出和覆盖层性能所需的温湿度环境数据。
基于该研究中的监测方式,GS1 可延伸应用于以下场景:
研究使用了轻松连GS1 工业温湿度记录仪。
轻松连 GS1 无线智能传感器采集了铀尾矿库模拟覆盖层的温度和湿度数据。
设备用于实验模型箱中,监测红黏土覆盖层和红黏土-膨润土覆盖层的温度与湿度。
论文描述轻松连GS1 对温湿度进行连续监测。氡浓度在每个 3 小时测量期内每 10 分钟采样一次,并同步提取对应轻松连温湿度数据。
两组覆盖层模型在相同自然环境中放置 7 天,并选取 5 个氡测量期进行分析。
不是。氡浓度由 RAD7 氡监测仪测量。UbiBot GS1 测量覆盖层温度和湿度。
温湿度数据用于分析覆盖层环境条件,并解释温度和湿度与氡析出变化之间的关系。
研究比较了红黏土覆盖层和红黏土-膨润土覆盖层,其中红黏土-膨润土为 1:1 混合材料。
红黏土-膨润土覆盖层具有更好的降氡效果,其平均氡析出率仅为红黏土覆盖层的 0.32 倍。
该研究为膨润土改性红黏土用于铀尾矿库退役治理提供了实验数据和机制分析,也说明温湿度监测对于理解覆盖层氡析出行为非常关键。
