铀矿开采、加工和水冶过程中产生大量废石和尾渣,这些废石和尾渣被堆放在地表特定地方形成铀尾矿库,是氡的重要来源。这些铀尾矿产生的氡可以通过连通孔隙释放到上方的空气中,对铀矿山及其周边地区构成了长期的放射性环境危害。铀尾矿等多孔射气介质氡的析出机理研究是铀矿山氡辐射防护的基础。本文基于分形和混沌理论研究了铀尾矿氡析出的动力学机理,首先建立了铀尾矿分形模型,基于这些模型采用数值模拟的方法研究了氡射气和氡渗流分形动力学,然后采用混沌理论研究了氡析出的动力学特征,最后,研究真空预压和红土覆盖对铀尾矿氡析出动力学的影响,以为铀尾矿库退役治理提供理论指导。取得的主要创新性研究成果如下:(1)采用随机漫步法构建了8种铀尾矿分形模型,并用计盒维数的方法分析这些模型的孔隙空间分形特征,结果表明这些模型的孔隙具有分形特征。基于孔径分形概率模型,应用蒙特卡洛方法模拟所构建铀尾矿模型的氡射气过程,研究了铀尾矿氡射气的分形动力学。通过配制与所构建铀尾矿模型具有相同粒度分维数的铀尾矿样品,并测定这些铀尾矿样品的氡射气系数,验证了模拟的正确性。(2)采用随机漫步法构建了16种铀尾矿分形模型,并用格子玻尔兹曼方法对所构建铀尾矿模型的氡渗流进行孔隙尺度的数值模拟,研究了铀尾矿氡渗流的分形动力学。(3)进行铀尾矿氡析出的室内试验,对铀尾矿的氡析出率及室内气象参数(温度、气压和湿度)进行连续2个月的测量。通过氡析出率时间序列及气象参数时间序列的非线性分析研究了铀尾矿氡析出的动力学特征。氡析出率时间序列的功率谱分析表明氡析出率时间序列存在周期成分。通过计算氡析出率时间序列与温度、气压和湿度时间序列乘积的Kolmogorov熵,定量研究了温度、气压和湿度对氡析出率的影响程度。氡析出率时间序列的Lyapunov指数和Hurst指数分析结果表明铀尾矿氡析出是一个混沌动力学过程。(4)研究了真空预压和红土覆盖对氡析出动力学的影响。首先采用真空预压法对压缩性较高的水冶铀尾矿施加不同的负压,研究了真空预压加固水冶铀尾矿的可行性及对氡析出的影响。然后,系统地测定了不同密度红土的氡扩散系数,研究了红土密度对氡析出的影响,并从降氡效果和施工成本这两个角度对铀尾矿覆盖治理进行优化,为铀尾矿的退役治理和氡的辐射防护提供理论依据。