高放废物处置库二维轴对称温度场模型构建及应用研究

高放废物处置库温度场长期演化特征是处置库缓冲层安全性能评估和设计、处置容器空间优化布局的重要依据之一。建立了处置单元二维轴对称双层热分析模型,以揭示处置库多重屏障系统近场温度演化规律。对传热控制方程应用拉普拉斯和有限傅里叶正弦变换,得到缓冲层和围岩层温度的拉普拉斯域解,借助Crump方法对拉普拉斯域解进行数值反演获得对应的时域解;通过与线热源解和数值解的对比验证了模型的正确性,分析了处置单元近场多屏障系统温度场的时空分布特征,探讨了不同参数对缓冲层峰值温度的影响;借助模型半解析解确定最小处置容器间距以及对原位试验结果进行预测。结果表明:①与线热源解相比,模型半解析解可以更准确地模拟缓冲层温度变化;②当处置隧道间距超过40m时,其对缓冲层峰值温度影响较小;③在处置隧道间距取40m时,最小处置容器间距为7.7m;④模型半解析解可以较好地预测原位试验结果。

高放废物处置库黏土围岩温度-渗流-应力耦合数值分析

深地质高放射性废物处置库运营过程中,围岩通常处在复杂的温度-渗流-应力多场共同影响的地质环境中,在温度-渗流-应力耦合作用下,合理地确定高放废物处置库硐室间距范围对处置库设计和长期安全稳定性评价尤为重要。基于国内外研究资料,针对塔木素预选区高放废物处置库黏土围岩,使用FLAC3D有限差分软件模拟计算了4种不同的硐室间距,并通过对围岩温度场、渗流场、应力场和变形场进行对比分析,对高放废物处置库硐室间距进行了优化。结果表明:在温度-渗流-应力三场耦合作用下,高放废物处置库黏土围岩相邻硐室间距最优设计值为10~12 m;当硐室间距小于10 m时,废物罐中心温度峰值超过了最高温度设计值100℃,当硐室间距大于12 m时,相邻硐室间的影响逐渐减弱,温度峰值逐渐趋近于单硐室。研究结果可为我国高放废物处置库黏土围岩硐室间距优化设计提供参考依据。

高放废物处置库温度场解析

高放废物处置库的温度场分布特征是处置库安全性能评估和尺寸设计的重要依据之一.根据KBS-3V型处置库概念设计,建立了单废物罐的轴对称2维传热模型.首先,借助有限傅里叶正弦变换、分离变量法和冲量定理法得到单废物罐放热条件下围岩任意点的温度解析表达式,通过与已有的半解析解和线热源解结果的对比分析,验证了该模型的有效性;采用在岩壁温度上叠加缓冲层温度差的方法得到废物罐表面温度,然后分析了废物罐近场温度演化规律;最后,对材料热参数、核废物衰变参数以及几何参数对废物罐表面温度的影响进行了分析.研究结果表明:废物罐近场温度在前2年快速上升并达到峰值,之后温度随处置时间缓慢下降;缓冲区温度梯度较大,而围岩区温度梯度较小;缓冲材料和围岩导热系数越大、缓冲层厚度越薄、核废物燃烧值越小、冷却时间越长,则废物罐表面温度越低;膨润土颗粒层厚度对废物罐表面温度的影响大于膨润土块层厚度,这是因为颗粒层材料导热系数较低.

高放废物处置库芨芨槽预选场址深部地下水同位素研究

深地质处置是目前国际上普遍接受的高放废物安全处置方案。对于这种方案而言,安全处置高放废物的前提是选择适宜的场址,而场址的适宜性在很大程度上取决于其水文地质条件。高放废物处置库场址需要低渗透岩体作为处置库围岩,对于低渗透岩体而言,经典和传统的水文地质研究方法受到了很大的限制,而同位素技术与其他水文地质方法结合时,却能发挥出良好的作用。本文以目前我国高放废物处置库预选场址之一的芨芨槽场址为例,重点讨论了同位素方法在花岗岩体场址水文地质研究中的应用。根据钻孔不同深度的地下水环境同位素（δD、δ~18O、3~H和14~C）组成特征,结合场址水文地质条件,识别了区内地下水的来源,揭示了控制地下水运移交替速率的主要因素。结果表明,该区深部地下水14~C年龄高达8000a左右,说明其交替、运移十分缓慢,但同时也含有少量的氚,说明地下水以侧向补给的＂老水＂为主,接受当地大气降水入渗补给的＂新水＂所占比例很小。此外,通过地下水14~C年龄与取样段岩芯采取率的对比,认识到对于区内的花岗岩体而言,决定地下水交替、运移速率的主要因素是裂隙的发育程度,而不是深度。

高放废物处置库北山预选区地下水同位素组成特征及其意义

在高放废物处置库选址中,场地水文地质条件的认识极为重要,因为任何从处置库释放出来的放射性物质都将通过地下水搬运向人类生存环境或生物圈迁移。甘肃北山地区是我国高放废物处置库的重要预选区之一,位于我国西北甘肃省西北部。为了认识预选区的水文地质条件,从水文地质角度评价其作为高放废物处置库场地的适宜性,在过去的10a,在该区开展了同位素水文地质调查工作。野外调查和氢、氧稳定同位素分析结果表明,研究区地下水主要源自大气降水补给。浅部地下水主要由现代区内降水补给形成,而深部地下水则可能由地质历史时期降水补给形成;浅部地下水系统具有相对开放性特征,水循环交替能力较强,而深部地下水系统具有相对封闭性特征,水循环交替能力较弱。

高放废物处置库的工程设计

高放废物处置库是一项特殊的岩石地下工程。与一般地下岩石工程相比,处置库具有许多特点,相应的处置库的设计也有别于一般地下岩石工程。总结高放处置库的若干特点,简要介绍瑞典D1阶段处置库地下岩石工程设计的主要内容,设计过程与设计时考虑的因素,初步讨论处置库的功能目标与设计年限、概念设计、总体要求、温度限制、不同围岩中处置库的主要问题、可回取的处置库设计及处置库的建设成本等问题。

高放废物处置库预选区野马泉岩体地下水化学特征

首次获得的我国高放废物处置库预选区花岗岩体深部地下水属偏碱性、高矿化、Cl·SO4 Na型咸水。应用水文地球化学模拟方法,定量研究了地下水中离子组分存在形式以及地下水与矿物间的反应趋势,从而深化了地下水化学特征的认识。

高放废物处置库甘肃北山预选区地下水位动态特征

阐明了甘肃北山预选区地下水位动态特征及其与当地大气降水的关系,并对其动态类型进行了剖析,由此得出北山地区地下水源自当地大气降水补给的认识。为处置库预选区场址评价提供了水文地质依据。

高放废物处置库近场剂量场与温度场的耦合计算

计算了高放废物处置库固化体内外的辐射剂量场 ,并将之作为热源叠加到温度场计算方程 ,使剂量场与温度场耦合起来。在温度场计算中 ,不仅考虑了固化体内存在的剂量场对其的影响 ,而且考虑了固化体外存在剂量场的影响。模拟结果表明 ,固化体外存在的剂量场对温度场是有一定影响的。

高放废物处置库新疆雅满苏和天湖预选地段地下水同位素特征及其指示意义

高放废物地质处置是将高放废物与人类环境安全隔离的有效途径。高放废物处置库的围岩通常为低渗透的岩体,其安全性在很大程度上取决于围岩对核废物的屏障功能和作为核素迁移载体的裂隙水运动特征。因此,开展处置库场址水文地质评价工作尤为重要。新疆雅满苏和天湖预选地段是我国高放废物处置库预选地段之一。花岗岩是选定的围岩。在过去的3年里,为了认识该地段地下水的形成机制和更新能力,提供该区处置库场址筛选和评价的依据,在该区开展了区域水文地质调查和地下水样品采集。根据调查结果和样品测试数据,本文主要讨论了该地段地下水同位素特征及其水文地质意义,结果表明,地下水δ~2H值主要分布在10.6‰至-82.5‰之间,平均值-46.1‰;δ^(18)O值主要分布在10.2‰至-9.8‰‰之间,平均值-2.06‰;地下水氚含量在<1TU^46.1TU之间。地下水δ~2H和δ^(18)O散点图显示,二者主要落在大气降水线的附近和下方,表明区内地下水主要源自当地现代降水的补给,并经受了强烈的蒸发作用,且深部地下水交替能力明显弱于浅部地下水。这一认识为该区处置库选址和场址评价提供了重要水文地质依据。

高放废物处置库建设中几个管理问题的研究

本文借鉴国外经验,对我国高放废物处置库建设中的几个管理问题进行了探索性研究,提出了建设性建议。主要包括管理机构组建、法律法规建设及公众参与机制的完善。

美国高放废物处置库总系统性能评价

本文系统地介绍了美国高放废物处置库总系统性能评价的概念、目的、研究内容、研究方法以及最新研究进展，对我国今后高放废物处置库性能评价工作具有重要的借鉴意义。

中国高放废物处置库选址中灵敏地质特征的初步确认

本文首先根据中国、瑞士和日本 3国高放废物处置概念的相似性 ,建立中国第一个处置库系统性能评价模型 ;然后通过对 9个地质变量在 8个事件中的灵敏度分析 ,初步确认出 3个灵敏地质特征。

高放废物处置库新疆阿奇山预选地段区域水文地质特征

新疆阿奇山地区是我国高放废物处置库预选地段之一。在野外调查、样品采集和测试的基础上,讨论了该地段区域水文地质特征,结果表明,阿奇山地段地下水可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水和基岩裂隙水3种类型,其单井涌水量一般<10m^3/d,属于典型的低含水介质;区域地下水流向为自南东流向北西;位于吐鲁番盆地的艾丁湖一带为阿奇山地段地下水的最终排泄区。

高放废物处置库选址中低渗透介质地质研究的几个问题

低渗透介质是阻碍有害物质在地下迁移良好的天然屏障 ,因此成为高放废物处置库围岩类型的首选。本文通过对高放废物处置库选址中地质研究的回顾 ,阐述了低渗透介质地质研究的特点 ,对地质参数测定、取样、水流模拟、地球化学模拟进行了重点介绍。

高放废物处置库野马泉预选场址地下水放射性同位素特征

甘肃北山野马泉地区是我国高放废物处置库预选场址之一。文章阐述高放废物处置库天然类比研究的主要内容,并阐述类比研究中涉及的地球化学问题。以野马泉岩体为例,研究地下水铀、钍含量及放射性特征、铀同位素特征。初步认为,在当地的地质、水文地质等环境条件下,铀的迁移能力有限,迁移距离较小。这一认识为预选场址评价提供了重要的信息和依据。

高放废物处置库新疆阿奇山预选地段地下水同位素研究

本文以我国高放废物处置库预选地段之一的新疆阿奇山地段为例,在野外调查、样品测试基础上,重点讨论了该地段地下水同位素特征及其水文地质意义,并结合地段水文地质条件,识别研究区内地下水的来源及其交替能力。结果表明,阿奇山地区地下水主要源自当地大气降水入渗补给,深部地下水交替能力明显弱于浅部地下水。

MT、CSAMT和磁法在高放废物处置库预选区的探测与应用

在高放废物深部地质处置过程中,围岩岩性、完整性及空间分布特征是构成天然屏障的关键地质因素。新疆某预选地段分布有大量花岗岩,场址评价工作初期开展了MT、CSAMT和磁法综合物探测量。据电性和磁性异常特征,初步查明花岗岩体的平面展布、底板埋深等分布特征,探测并验证了工区深大断裂的存在。3种物探方法相互印证,突显了综合物探方法的技术优势,为后续场址评价工作提供了参考。

高放废物处置库预选区新构造运动特征

新构造活动强烈程度是高放废物处置库场址评价的一个重要指标。本文阐述新构造研究的指导思想、方法及其在高放废物处置库选址中的应用。通过东天山地区南、北地段对比研究,选出了在新近纪时期构造环境相对稳定或新构造活动强度相对微弱的东天山南部地区,作为高放废物处置库基地。研究结果表明它对场址评价是有意义的。

裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度影响的三维离散元分析

裂隙水流-传热是高放废物处置库行为的重要影响因素。为研究裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度的影响,采用3DEC离散元软件计算分析了完整岩体模型和裂隙岩体水流模型对处置库近场温度分布和演变的影响。计算分析表明:由于裂隙水流的吸热降温作用,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土温度低于完整岩体模型的废物罐表面膨润土温度,并缩短了达到稳态所需要的时间;裂隙水流上游区域废物罐表面膨润土温度显著低于裂隙水流下游区域废物罐表面膨润土温度;在设定条件下,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土最高温度约为完整岩体模型废物罐表面膨润土最高温度的75%,裂隙水流速度从0.2mm/s增大到0.5mm/s,废物罐表面膨润土最高温度降低约4%。