熔岩玻璃体核素衰变热功率的计算

温度是影响熔岩玻璃体溶解速度的关键因素,为此,本文计算了核试验后10~300 000d内熔岩玻璃体中核素衰变热功率,评估了核素衰变热功率对熔岩玻璃体的温度和溶解速度的影响程度。采用了国际原子能机构给出的100kt TNT当量地下核试验产生的、半衰期大于1a的放射性核素含量,利用其中裂变产物核素137 Cs的含量推算累积裂变产额大于0.1%、半衰期为1d^1a的短寿命裂变产物核素的含量。分析了各核素的放射性衰变特点,采用ENDF/BⅦ库中核素衰变辐射的平均α能量、平均电子能量和平均电磁辐射能量计算各核素在熔岩玻璃体内因衰变而沉积的能量。计算结果表明:核素衰变热功率呈分段幂函数衰减;在10~2 000d、2 000~60 000d和60 000d之后的时段内,衰变热功率分别主要源于短寿命裂变产物核素、长寿命裂变产物核素和锕系元素。核素衰变热功率对熔岩玻璃体的温度和溶解速度的影响不大,1 000d后影响非常小。

熔岩玻璃体^(239)Pu在地下水中的迁移模拟研究

针对内华达核试验场CHESHIRE地下核试验状况和近场水文地质参数,建立了熔岩玻璃体239 Pu的溶解释放和迁移模型。估算了熔岩玻璃体释放产生239 Pu的速率,将释放出的239 Pu分为溶解态和胶体态,以软件FEFLOW作为建模工具,数值模拟了10万年内溶解态239 Pu和胶体态239 Pu在地下水中的污染羽分布。模拟结果表明,溶解态239Pu不能发生远距离迁移,影响迁移的关键参数是分配系数,当分配系数大于10mL/g后,可忽略溶解态239Pu的远距离迁移;胶体态239Pu在爆心下游形成较固定的污染晕,距爆心1.3km处的胶体态239Pu的模拟活度浓度长期处于10-2 Bq/L;影响胶体态239Pu迁移的主要因素包括熔岩玻璃体的溶解速度、熔岩玻璃体释放239 Pu形成胶体态239 Pu的比例、岩层渗透系数。由模拟结果可见,只有当239Pu形成胶体粒子后才可能发生远距离迁移。

熔岩玻璃体核素^(90)Sr和^(239)Pu释放量的计算

基于全等、均匀体分布的玻璃小球模型,推导了熔岩玻璃体中核素溶解释放率的数学计算公式,参考利佛莫尔实验室测量的玻璃溶解速度估算花岗岩介质熔岩玻璃体在25℃条件下的溶解速度下限为5.04×10-7g/(m2.d),上限为1.42×10-4g/(m2.d)。计算了核素90Sr和239Pu的溶解释放率和释放份额,结果表明:熔岩玻璃体在高温阶段的核素释放率比环境温度时高出4～5个数量级,大部分核素释放量发生在这个阶段。核素90Sr的释放份额介于0.3%～65%之间,核素239Pu的释放份额介于0.5%～82%之间。温度、玻璃溶解速度和反应性比表面积是影响核素释放的关键因素。

熔岩玻璃体内放射性核素衰变热的计算

计算了核试验后10～4×106 d时间内熔岩内核素衰变产生的热功率,评估了核素衰变热对熔岩温度的影响.采用国际原子能机构给出的100 kt TNT当量地下核试验产生的半衰期大于1 a的放射性核素含量,利用其中裂变产物核素137Cs的含量推算出累积裂变产额大于1‰,半衰期1d～1a的短寿命裂变产物核素的含量.分析了各核素的放射性衰变特点,采用美国ENDF/BⅦ库中核素衰变辐射的平均α能量、平均电子能量和平均电磁辐射能量,计算各核素在熔岩玻璃体内因衰变而沉积的能量.计算结果表明:熔岩内核素衰变热功率呈分段幂函数衰减;在10～2×103 d、2×103～6×104 d和6×104 d之后的时段内,衰变热功率分别主要源于短寿命裂变产物核素、长寿命裂变产物核素和锕系元素.核素衰变热对熔岩温度和玻璃体溶解速度的影响程度不大,1 000 d后影响就非常小了.