深海多金属结核自然放射性对职业暴露的有效剂量评估：辐射防护框架下的关键发现

研究人员针对深海多金属结核开采中自然放射性引发的健康风险，系统评估了实验室及工业规模下职业人员的有效剂量。通过分析U-238、U-235、Th-232衰变链的放射性核素及Rn-222释放率，证实实验室剂量低于1 mSv/a限值，工业场景需标准防护措施。研究为深海采矿的辐射安全提供了首个定量依据，驳斥了此前对豁免水平的误用，对NORM行业监管具有指导意义。

　　

深海多金属结核因其富含锰、铜、镍、钴等战略金属资源，近年来成为矿产开发的热点。然而，这些结核在生长过程中会富集天然放射性核素，可能被归类为天然放射性物质（NORM）。随着深海采矿的临近，关于结核处理过程中辐射暴露风险的担忧日益凸显。此前有研究错误地引用针对人工放射性物质的豁免标准（10 μSv/a），而忽略了NORM适用的1 mSv/a阈值，导致对健康风险的夸大评估。为此，由Thomas Lüttke领衔的国际团队在《Scientific Reports》发表研究，首次在辐射防护法规框架下系统评估了结核全产业链中的有效剂量。

研究采用γ辐射剂量率测量、粉尘吸入剂量系数计算和氡气释放模型等关键技术，基于德国联邦地球科学与自然资源研究院（BGR）的实验室数据及工业级假设场景。样本来源于东北太平洋10个采样点的结核，通过高精度放射性核素分析（包括U-238、Th-230、Pa-231等）和蒙特卡洛模拟（MCNP）验证屏蔽效果。

实验室工作场所

分析显示，实验室处理结核的年有效剂量最高仅0.4 mSv（2000工作小时），远低于职业暴露阈值。即使采用最保守的表面核素富集假设（3倍于体相活性），剂量仍安全可控。

工业操作场景

运输船轮机舱人员因钢制舱壁屏蔽，仅受γ辐射影响（0.7 mSv/a）。而冶金工厂的参考人员面临多重暴露途径：

1. 1.

   外部γ辐射：来自堆存结核和冶炼渣，年剂量0.3 mSv；

2. 2.

   粉尘吸入：主要贡献来自高剂量系数核素（如Ac-227的630 μSv/Bq），年剂量0.3 mSv；

3. 3.

   氡气暴露：基于干燥结核的保守模型计算，通风不足时可达1.87 mSv/a。

关键发现

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  火法冶金过程中，Pb-210和Po-210在首段还原炉烟尘富集10.1倍，而第三段还原渣中其他核素富集2.2倍（表3）；

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  氡释放率与物料含水量强相关，湿法储存可降低50%释放量；

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  通过距离屏蔽、湿法抑尘和FFP口罩等常规措施，工业场景剂量可优化至1 mSv/a以下。

研究结论强调，深海结核开采的辐射风险可控，其剂量水平与铀矿处理等现有NORM行业相当。该成果为制定深海采矿的辐射防护标准提供了科学依据，同时纠正了此前研究中法规适用性的错误认知。讨论部分指出，未来需重点关注结核表面层核素（如Ac-227）的时空变异性，并建议在工业设计中集成实时氡监测系统。