基于离散裂隙网络模型的地下水流并行模拟方法

裂隙水表现为强烈的非均匀性和各向异性,而离散裂隙网络模拟方法是目前国际上公认描述裂隙水流动规律最为合理、有效的方法之一。以我国高放废物地质处置地下实验室花岗岩场址为研究对象,借助高性能数值计算服务器集群及并行程序,提出了场址岩体离散裂隙网络渗流并行模拟方法。结果表明,该方法可实现千万级别模型网络单元离散裂隙网络渗流精细化模拟,提升了程序处理复杂问题的计算效率及能力;建立了离散裂隙网络模型结构优化与实际情景条件下边界参数赋值方法,保障了场址水文地质评价过程中不同尺度模型水位信息的有效传递;模拟区域地下水位沿着裂隙呈网状结构分布,呈现从南向北流动的趋势,连通裂隙间的水位呈现从高到低的连续变化,非连通裂隙的水位是非连续的;地下水是沿着导水裂隙流动,裂隙网络的连通性及渗透性对地下水流动特性影响明显。离散裂隙网络渗流并行数值模拟可以更为精细反映裂隙地下水动力场特征,进一步提升裂隙介质渗流模拟预测能力,这对深化裂隙水流动规律的认识具有重要意义。

高放废物深地质处置及国内研究进展

核能在产生电力造福社会的同时 ,也留下了放射性废物。我们有责任对这些废物实施安全和正确的管理。本文阐述了高放废物深地质处置的一般概念及处置库选址研究中的若干问题 。

无损检测技术在缓冲材料砌块压制质量检测中的应用

缓冲材料是高放废物地质处置库的最后一道人工屏障,通常是以高压实预制砌块的形式堆砌在废物罐周围,砌块压制质量将极大地影响其工程性质。以缓冲材料压实砌块为研究对象,使用超声波测试、热传导测试和激光三维扫描3种无损检测方法,对不同尺寸和干密度的小型试样、大型砌块的不同位置进行了质量检测和分析。结果表明:小型试样的纵波波速随干密度和含水率的增大而增大,纵波波速与干密度呈近似线性关系,大型砌块的纵波波速随压制面距离的增加而减小;大型砌块顶面各个位置的导热系数变化不明显,砌块高度方向导热系数随压制面距离的增加而减小,且与纵波波速测试结果具有一致性。激光三维扫描技术可以快速、全面获取砌块的线、面和体等各种数据参数。因此,超声波测试、热传导测试和激光三维扫描可为缓冲材料大型砌块制备工艺的优化和砌块压制均匀性的评价提供重要的参数依据和技术支撑。

钆钛烧绿石重离子辐照损伤模拟分析

本研究通过模拟高能Kr^(+)离子注入Gd_(2)Ti_(2)O_(7)基体来模拟重离子辐照损伤过程。模拟结果说明,注入粒子能量小于1.3 MeV时主要为原子核阻止作用占据优势,大于1.3 MeV时核外电子阻止作用占据优势。注入粒子能量大部分以电离方式损失。2~10 MeV能量的Kr^(+)离子入射时,损伤区深度为550~2350 nm,产生的空位总数约为1273~2479个。

中国高放废物深地质处置(英文)

介绍了中国高放废物地质处置计划的背景、初步技术战略和长远规划。中国的高放废物地质处置研究始于1985年,计划于21世纪中叶建成国家高放废物处置库。位于我国西北甘肃省的北山地区被选为最有远景的处置库预选区。1999～2004期间,在该区开展了初步的场址特性评价研究,包括地表地质、水文地质和地球物理调查、4口钻孔(北山1#,2#,3#及4#孔)的施工及钻孔现场试验,并获得了大量成果。在缓冲回填材料、放射性核素迁移以及天然类比等方面也取得了进展。

Pu在花岗岩中的吸附行为

为了解Pu在甘肃北山地区地下深度约为600 m的花岗岩中的吸附行为,研究了各种水质(重蒸水、模拟地下水、BS03井地下水)、pH值(3.0～10.0)、CO2-3离子浓度(4.0×10-3～1.0×10-1 mol/L)、氧浓度等因素对吸附的影响.通过对吸附后水相物化参数(如pH值、Eh、电导率等)、Pu的价态、固相表面特征参数(比表面、孔径、总孔容等)等数据的比较以及解吸实验结果,推测可能的吸附机理:Pu在花岗岩上以表面配合物的形式吸附,且可用Freundlich吸附等温式描述.

^(237)Np,^(238)Pu,^(241)Am和^(90)Sr在中国和日本膨润土中迁移的野外试验

从1997年6月25日到2000年7月11日在中国辐射防护研究院试验场,在天然降雨和人工喷淋(15 mm/d)两种条件下,在包气带黄土中进行了237Np,238Pu,241Am和90Sr在中国膨润土和日本膨润土中迁移的野外试验。试块由膨润土和砂子以质量比为15∶85组成,试块大小为150 mm×150 mm。试验结果表明,在两种条件下,核素在两种膨润土试块中分布状态和变化趋势相似,238Pu和241Am在3 a内没有明显移动,237Np和90Sr在天然降雨条件下,分布曲线有所展宽;在人工喷淋条件下经1 106 d后,237Np和90Sr在试块内分别向下迁移1.5 mm和2.0 mm,呈现出扩散为主的迁移。

高放废物地质处置库缓冲/回填材料性能测定

根据矿床位置、交通、矿区地质特征、矿床成因、矿床储量、矿区自然地理与开采技术条件等因素综合对比研究，确定内蒙古兴和县高庙子膨润土矿床为我国高放废物地质处置库缓冲／回填材料供给基地的首选矿床。本文对主要矿层进行了物质成分、物理化学性能等方面的研究。对测试结果分析可知，高庙子膨润土的蒙脱石含量较高，物理化学性能和物理水理性质较好。因此，高庙子膨润土矿床作为高放废物地质处置库缓冲／回填材料的供给基地是可行的。

综合地球物理方法在高放废物处置场址特性评价中的应用

本文介绍了地球物理方法在我国高放废物处置库场址特性评价中的作用 ,即查明研究区内断裂的位置、宽度、倾向、倾角及其含水性和确定预选区内花岗岩底板的埋深。

239Pu在膨润土中的吸附和迁移实验研究

采用静态吸附实验和动态淋滤实验,研究了天然漂白土、钠基膨润土、高庙子膨润土、钙基膨润土四种膨润土对239Pu的吸附性能和迁移的阻滞性能。实验结果表明:钙基膨润土吸附能力最强,Kd高达7.808 2×104,高庙子膨润土次之,天然漂白土略低于高庙子土、钠基膨润土最弱,Kd为2.854 8×104。同时,钙基膨润土的渗水性能最强,渗透出的239Pu核素总量最多,淋出率为6.166‰。高庙子膨润土的渗水性能明显弱于天然漂白土,渗透出的239Pu核素总量也远远低于天然漂白土。吸附性能最弱的钠基膨润土的渗水性能最弱,核素的淋出率也最低,为0.107‰。综合考虑,高庙子膨润土和钠基膨润土对239Pu的阻滞性能更加优越,是处置库的回填材料的更好选择。

盐溶液法测定非饱和膨润土的水分特征曲线

对于高放废物的最终处置 ,深地质处置被国内外公认为最合适的方法 ,而膨润土也被认为是高放废物处置库缓冲回填材料的良好基质。鉴于膨润土各项性质研究的重要性 ,本文介绍了利用盐溶液法进行非饱和膨润土水分特征曲线的测定工作 ,发现盐溶液法适合测定吸力极高的非饱和土 ,是一种值得推广的方法。

岩石应力–水力–化学耦合过程研究进展

首先介绍国际合作DECOVALEX计划的概况和研究进展,阐述中国参加该合作计划研究的必要性和重要意义。对国内外在岩石应力–水力–化学耦合过程方面的主要研究进展进行简略概述,并重点总结了DECOVALEX计划Task_B及中国科学院武汉岩土力学研究所的研究课题组所取得的主要研究进展,包括:(1)开展了岩石应力–化学耦合条件下的单轴、三轴压缩试验、细观力学试验和CT扫描试验的系统研究和分析;(2)建立了岩石破裂过程的弹塑性和应力–渗流耦合细胞自动机模型,并用于对岩石声发射活动的Kaiser效应、II类曲线的形成机制以及孔隙水压力对岩石力学性质的影响规律和细观机制进行了模拟分析等。上述研究成果对于岩石应力–水力–化学耦合过程研究起到了积极的推进作用。

高压实膨润土热湿耦合效应实验室模拟

本文研究了作为高放废物深地质处置库最后一道人工屏障——缓冲层在热湿耦合作用下的宏观表现，通过自行设计的实验，得到了一些有益的启示，初步认为在本研究涉及的时间范围内，水势场对高压实膨润土中温度场分布影响较小，而温度场对其中水分运移有一定影响。文中介绍了有关实验设计、实验步骤、实验结果与分析。

Pu(OH)_(4(am))与碳酸根的配位行为研究

为了解在惰气环境Pu(OH)4(am)与碳酸盐溶液中HCO3-,CO23-的配位行为,考察了放置时间对Pu总浓度的影响;同时也考察了pH值、碳酸根总浓度变化对碳酸盐溶液中Pu的主要存在形态及溶解总浓度的影响。实验结果表明,HCO3-离子与Pu(OH)4(am)生成[Pu(OH)4(HCO3)2]2-(lgK=-2.61±0.18,lgβ=54.25±0.18)或[Pu(OH)2(CO3)2]2-(lgK=-2.61±0.18,lgβ=46.91±0.18);CO23-离子与Pu(OH)4(am)生成[Pu(OH)4(CO3)2]4-(lgK=-3.52±0.11,lgβ=53.33±0.11)。可能的配位反应方程式为:Pu(OH)4(am)+2 HCO3-[Pu(OH)4(HCO3)2]2-,Pu(OH)4(am)+2 HCO3-[Pu(OH)2(CO3)2]2-+2 H2O,Pu(OH)4(am)+2CO32-[Pu(OH)4(CO3)2]4-。

铀在西南某废物处置库土壤中的吸附迁移规律

以西南某低放废物处置库中的土壤为对象,开展铀在土壤中的吸附迁移实验。研究了时间、土壤粒径、温度、碳酸根、水相pH值、铀初始浓度对吸附的影响,结果表明:吸附平衡时间为15~20 d;粒径越小吸附比Kd值越大;温度对吸附无明显影响;吸附比随碳酸根浓度的增加而减小、随pH值增大而增大。铀在土壤中的吸附符合Freundlich吸附等温式。通过淋滤实验得到了铀在土壤中的迁移速度为7.3~8.5 cm·a^(-1)。

中国高放废物处置库缓冲材料物理性能(英文)

深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法。中国深地质处置的概念模型采用多重工程屏障系统(包括废物固化体、废物容器、外包装、缓冲/回填材料)和适宜的地质围岩地质体共同作用来确保高放废物与生物圈的安全隔离。膨润土由于具有极低的渗透性和优良的核素吸附等性能而被国际上选作缓冲材料的基础材料。经过全国筛选,高庙子膨润土矿床被选作我国缓冲材料供应基地。从 2000 年起,对产自该矿床的钠基膨润土 GMZ–1 开始了系统的研究工作。介绍了 GMZ–1 的矿物组成、基本特征和 GMZ–1 在不同干密度、不同含水量条件下的热传导、水传导、力学性能参数及 GMZ–1 在不同干密度条件下的膨胀特性参数测定结果。GMZ–1钠基膨润土具有蒙脱石含量高(75%左右)、杂质矿物相对较少的特点,对于该材料的系统和深入研究对于开发我国缓冲回填材料技术,确保高放废物的安全有效处置有重要意义。

水辐解产物对深处置高放废物容器侵蚀模拟研究

采用^(60)Co γ-辐射源、人工模拟花岗岩地下水和高温高压实验装置,在模拟深处置条件下(处置深度=1000m,t=190℃,p=20 MPa,pH=7.2),实验研究了花岗岩地下水辐射分解产物对深处置高放废物金属容器材料的氧化侵蚀强度。由实验得出,与无辐射情况相比较,花岗岩地下水吸收140?Gy γ辐照后,水辐射分解产物对不同金属容器材料的氧化侵蚀强度分别增大:铜材——1.5倍,铝材——2.8倍,熟铁——4.3倍,不锈钢——0.7倍。我国在选用高放废物包装容器金属材料、设计容器型式、规格和设计深地质处置库时,必须充分重视地下水辐射分解效应对各工程屏障产生的破坏作用。

放射性废物浅埋处置库顶盖试验研究

顶盖是低中放废物近地表处置库的重要防护屏障,对放射性废物处置库的长期安全性起着重要作用。以一拟建放射性废物浅埋处置库为例,结合当地自然特征及地质条件,采用地质类比结合试验的途径来研究顶盖的功能和实用性。通过对顶盖表面植被层、隔水层的岩性分析,进行抗自然营力侵蚀,以及岩石力学性质、水理性质、渗透性能等方面的试验研究。试验结果表明,顶盖表面植被层采用天然的砂砾石层,隔水层采用黏土砾石层等可使顶盖结构简单、库容增加,且造价降低;还可使强度、稳定性和防护性能得到明显提高。

放射性废物处置某场址地球化学工程屏障研究

针对某放射性废物处置场址的天然屏障性能差,提出建造折叠式"之"字形地球化学工程屏障,将处置物释放出的核素垂向固定在场址范围内。屏障的机理是,核素铀、锶的迁移形式分别为:UO2(CO3)22-和Sr2+,而性能相反,且处置层为表生强氧化带,降水入渗强烈,不宜建还原性屏障;故对铀和锶依次建造:阴离子吸附屏障和阳离子吸附屏障,形成可连续渗流的双重屏障。屏障的砂土物料取自场址附近,成本极低。经室内模拟实验结果表明,铀和锶等核素通过其屏障时的分配系数值都在103量级。

高放废物地质处置:进展与挑战

随着我国核能事业的飞速发展,高水平放射性废物的处理和处置,即将成为一个重大的安全和环保问题。在介绍国内外进展的基础上,重点讨论了高放废物地质处置面临的挑战:处置库场址地质演化的精确预测、深部地质环境特征、多场耦合条件下(中(高)温、应力作用、水力作用、化学作用、生物作用和辐射作用等)深部岩体、地下水和工程材料的行为、低浓度超铀放射性核素的地球化学行为与随地下水迁移行为及处置系统的安全评价。