黄土包气带中放射性核素迁移的现场试验

在中国辐射防护研究院野外试验场开展了为期二年的包气带中 3H、6 0 Co、85 Sr和 13 4 Cs的迁移试验 ,在天然条件和人工喷啉条件下共进行了六组试验。通过定期取样和直接测量两种方法测量了示踪核素的浓度分布 ;同时为配合迁移试验 ,同步开展了包气带中水分运移观测在介绍了试验概况之后 ,分析了作为水分运移示踪剂的3 H的试验结果 ,并与野外现场的和实验室的其它研究包气带水分运移的结果相比较 ,令人满意的一致性显示了所建立的包气带水分运移研究方法的可靠性。核素迁移结果表明 ,试验场址的黄土沉积层对所选用的示踪核素具有强烈的吸附滞留作用。经过二年的试验 ,60 Co和13 4Cs的浓度峰无论在天然条件下还是喷淋条件下 ,迁移距离都不超过 1cm;85Sr的浓度峰在喷淋条件下迁移了约 13cm;在天然条件下迁移了约 2 cm。尽管 60 Co和 13 4Cs被黄土强烈吸附滞留 ,但是 ,试验中发现一小部分60 Co和 13 4Cs迁移速度远高于其浓度峰的迁移。试验中还发现 ,在喷淋条件下 ,85Sr在迁移过程中形成具有不同迁移速度的二个浓度峰。

天然条件下~3H在黄土包气带中的迁移

用 3 H作为示踪剂研究水的运动是一种最常用的方法。本文通过3 H在天然黄土包气带的现场示踪试验 ,得到了3 H在非饱和黄土中迁移的某些特征。天然条件下现场示踪试验在 A、B两个试验坑进行。A、B坑的面积均为 2× 2 m2 ,深度分别为 30 cm和 10 0 cm。3 H示踪核素与一定量黄土均匀混合 ,制成示踪源 ,铺设于坑底中央 ,示踪源层的厚度为 0 .7cm,面积 1.5× 1.5m2 ,源层上方用原土回填。在 1989年 5月～ 1991年 7月试验期间 ,定期从两坑中采集土芯样 ,并切割成 0 .5～ 1cm厚的土壤样品 ,用真空加热蒸馏法 ,分离出土壤水 ,用液体闪烁计数器测量土壤水中的3 H含量 ,得到土壤中 3 H的浓度分布。结果发现 ,在非饱和黄土中 ,3 H浓度分布的质心位置 X0 (t)总体上是向下运动的 ,而且 ,随着深度的增加 ,3 H向下迁移速度变慢 ;试验期间 ,3 H在埋深 30 cm的 A坑中向下迁移速度为 5.4× 10 -2 cm/ d,在埋深 10 0 cm的 B坑为 1.6× 10 -2 cm/ d。但是 ,与 A坑相比 ,B坑中 3 H的质心位置上下迁移明显。另外 ,根据拟合结果可以看出 ,3 H的垂向浓度分布方差σ2x(t)随取样时间 t的变化关系近似呈 S型 ,对 A。

^(60)Co.^(85)Sr和^(137)Cs在黄土包气带中迁移的模拟实验

从野外试验场用专门研制的原状土柱采样装置采得未扰动土柱 ,以60 Co、85Sr和 13 7Cs三种核素为示踪剂 ,在人工喷淋条件下研究核素在土柱中的迁移行为。采用直接测量和解体测量两种方法测定了核素在土柱中的垂向浓度分布。实验结果表明 ,在日均喷淋强度为 7.96 mm/d的喷淋条件下 ,近一年时间内 85Sr浓度峰在实验土柱中的下移距离 ,按直接测量和解体测量分别约为 6 .0和 8.0 cm;60 Co和 13 7Cs浓度峰基本仍在原位。

野外试验场黄土包气带水分入渗试验研究

黄土介质特有的垂直节理和大孔隙发育性质 ,使黄土包气带水分入渗过程具有与其它均匀土壤的非饱和水分运动不同的特征。通过试验场黄土包气带水分入渗试验和土壤水动力学理论分析 ,说明非饱和条件下黄土介质中的垂直节理对水分入渗几乎不起作用 ,而大孔隙对水分入渗起着显著的阻滞作用。

半干旱地区天然黄土包气带中氚的运移特征

通过氚在黄土包气带现场示踪试验结果的分析 ,发现3H纵向分布在相对浓度较大时是对称的 ,而相对浓度较小时则不对称。通过对横向迁移数据的处理 ,得到了3H在天然黄土中的横向浓度分布方差σ2 y 分别为 6 8 4cm2 (A坑 ,t=780d ,埋深 76cm处 )和 138 5cm2 (B坑 ,t=779d ,埋深110cm处 )。横向扩散参数约为纵向扩散参数的 1/ 3。在埋深较大的B坑中 ,快成分份额 f(t,Uq)随时间变化不大 ,相对速度Uq(t ,xq)随时间的变化也不大。在此前提下 ,按快成分计算出关心地点的浓度在某些情况下大于常规计算结果。这表明 ,以质心运动速度为代表的常规计算在某些情况下是不保守的。

黄土包气带中氨氮吸附/解吸机理研究

以关中盆地黄土为研究对象,综合野外采样、室内模拟试验和数据统计分析,系统分析了黄土包气带中不同深度典型物质成分(有机质含量、CaCO3、氧化物)变化趋势以及氨氮的吸附/解吸特征,并选取黄土(L1)和古土壤(S5)为例,探讨黄土包气带中典型物质成分对氨氮吸附/解吸行为的影响机理。研究结果表明:黄土包气带吸附量的变幅(300~1100 ug·g^(-1))较解吸量的变幅(100~380 ug·g^(-1))大,其吸附量随深度增加呈波浪下降,解吸量在浅层(-20 m以上)波动较大而在深层稳定;对于不同深度土壤,相邻古土壤对氨氮的吸附能力基本均大于黄土,整体而言黄土的平均解吸率比古土壤高8.65%。黄土包气带中物质成分对氨氮的吸附/解吸行为影响最为显著的是有机质和CaCO3,其与氨氮的吸附/解吸呈正相关,而氧化物的影响较小。因此,不同深度黄土包气带中典型物质成分含量变化是引起氨氮吸附/解吸差异的主控因素。

黄土包气带中核素迁移的直接测定

野外试验场核素迁移试验通常采用的方法是在示踪核素投放后不同时间在试验坑取土样 ,测定不同深度处的核素比活度分布。本文介绍了为中国辐射防护研究院野外试验场包气带土壤中核素迁移而开发的直接测定方法 ,主要介绍测量原理、装置、刻度及部分测定结果。试验所用的示踪核素源层为布放在地表下 1m深处体积为 55mm× 6 mm的85Sr、13 4Cs、60 Co与黄土的混合物。直接测量装置包括测井用探头 [ 50 mm× 30 mm的 Na I(Tl)探测器及其铅屏蔽体 ]、探头升降及深度测读部分、数据获取系统和测井四部分。文中给出了在天然条件 (C坑 )和人工喷淋条件 (F坑 )下示踪核素投放后不同时间的85Sr的垂向活度分布曲线。试验结果表明 ,F坑中示踪核素投放后第 2 6 4天 85Sr峰位向下迁移了 5cm左右 ,第 4 30天已向下迁移了约 8cm;而在 C坑 ,在约 2年试验期内85Sr的峰位几乎仍在原处。本方法所得结果基本上与采集土芯样测量的结果相符。

黄土包气带中垂直裂隙导水机制研究

１ 引言我国北方黄土高原不仅地域辽阔，而且具有大厚度包气带土层。这为中低水平放射性废物浅地层处置提供了可选的地质环境。包气带是浅地层的重要组成部分，水流又是核素在地层中迁移的载体。因此，包气带水流的特点必然是放射性废物浅地层处置安全评价研究的重要内容...

黄土包气带中锶淋溶迁移“双峰”分布机理

１ 前言在中国辐射防护研究院（ＣＩＲＰ）和日本原子力研究所（ＪＡＥＲＩ）合作进行的低水平放射性废物浅地层处置安全评价方法研究过程中，发现ＣＩＲＰ野外试验场核素迁移试验坑的黄土包气带剖面上出现８５Ｓｒ“双峰”迁移分布现象。建立在弥散迁移理论基础上的溶质...

黄土包气带中核素二维迁移的试验研究

为了研究黄土包气带中放射性核素在垂直和水平方向上的二维迁移 ,在野外试验场的 C坑 (天然条件 )和 F坑 (人工喷淋条件 )进行了取样测量。将 85Sr、13 4Cs和 60 Co三种核素与黄土均匀混合 ,制成示踪源 ,埋置于坑底中心位置 ,距地表 1m,两坑示踪源层尺寸均为 5.5cm× 0 .6 cm。分别于埋置示踪源层后的第 783d(F坑 )和 10 72 d(C坑 )进行解体采样。使用专门制作的采样定位环 ,分层、分环采样。垂向分层 ,每层厚 1cm;水平方向分环 ,环的直径为 3～ 2 7cm,分 9种尺寸。在 C坑和 F坑分别采土样 2 4 1和 2 13个。用 Na I(Tl)γ谱仪测量土样中85Sr、13 4Cs和60 Co的活度 ,得到两坑中三种核素的比活度分布曲线。结果表明 ,13 4Cs和 60 Co的比活度峰在两试验坑中垂向迁移距离均小于 1cm,但也有一小部分迁移距离较大 ;而 85Sr的比活度峰在人工喷淋条件 (喷淋强度 1.5cm/d)的 F坑 ,向下迁移了约 13cm,在天然条件的 C坑 ,比活度峰仍在示踪源层 ,但在上、下二个方向上明显展宽。另外 ,还发现在水平方向上径向距为 11.3cm(F坑 )和 12 .8cm(C坑 )

^(237)Np、^(238)Pu、^(241)Am和^(90)Sr在包气带黄土、含水层和工程屏障材料中迁移行为的野外试验研究

本文介绍了2 37Np、2 38Pu、2 4 1Am和90 Sr在包气带黄土、含水层和工程屏障材料 (膨润土、水泥、变质水泥、水泥砂浆粉 )中迁移行为的野外试验的方法和结果。在包气带黄土和工程屏障材料中的迁移试验是在天然和喷淋 ( 1 5mm/d)两种条件下进行的 ,含水层迁移试验包括核素在用未扰动含水介质填装的组件试验与核素在未扰动含水介质中的示踪试验。经过 3年试验 ,核素在天然条件下的包气带黄土中以及无论在天然还是喷淋条件下的工程屏障材料中 ,示踪剂未见明显迁移 (即未迁移出示踪源层外 ) ;在喷淋条件下 ,在包气带黄土中通过石英砂示踪源层90 Sr(质心 )向下迁移 2 .7cm ,通过示踪源层外边缘上的黄土向下迁移 1 3cm(峰位 ) ;2 37Np、2 38Pu、2 4 1Am未见明显迁移。发现石英砂做示踪剂载体对黄土非饱和水有屏流作用 ,影响核素迁移 ,以石英砂和黄土做载体的对比实验证实了这一点。90 Sr、2 37Np、2 38Pu和2 4 1Am在未扰动含水层介质示踪试验中经 1 0 2 3d未见明显迁移 ,仍在示踪源点。含水层组件试验中2 38Pu和2 4 1Am未见明显迁移 ,在组件 8(面源 )中 ,2 37Np向后迁移 0 .95cm ,90 Sr(质心 )迁移 4.7cm。试验结果还表明 ,核素在变质水泥和普通水泥中迁移 ( 3年 )规律未见明显差异。

半干旱地区包气带浅部黄土中水分运移特征

水特征曲线测量、水分运移的现场观测以及用3 H作为示踪剂的现场示踪试验被同时用于水分在包气带浅部黄土运移研究之中。研究结果表明 ,在半干旱地区的包气带黄土中 ,土壤浅部水的上下运动明显 ;降水的垂直入渗量甚小 ,最多约为降水量的 1 % ;而且降水的垂直入渗量随深度增加而减小。研究证实 。

黄土塬区包气带土壤CO2的特征及成因

本文对甘肃省灵台县秋射村黄土包气带土壤CO2浓度及其δ13C、土壤含水量及细菌总数等指标进行了观测。研究结果表明黄土剖面中土壤CO2浓度远高于大气，不同黄土-古土壤层位的浓度有所差异，但没有明显的规律性。包气带-饱水带界面附近S14层位的CO2浓度最高，达4180μmol/mol。土壤CO2的δ13C主要集中在-21.31‰^-15.37‰之间，与1/[CO2]成正相关（r=0.7411）。表明灵台秋射剖面黄土CO2除来源于微生物分解土壤有机碳外，也与碳酸盐矿物-H2O-CO2化学平衡中碳酸盐沉淀的脱气作用有关。利用两端元混合法估算得到微生物降解有机碳对土壤CO2的贡献比例为40%~78%（平均65%），碳酸盐矿物风化/沉积过程对土壤CO2的贡献比例为22%~60%（平均35%），有机碳的贡献随深度递减，碳酸盐矿物沉积过程的贡献随深度递增。研究结果进一步证明黄土深层碳库内部碳库之间发生着碳的转化迁移，与大气碳库之间也存在着碳迁移。因此现代碳循环过程给黄土古气候定量重建研究提出了新的挑战与机遇，未来黄土古气候研究需重新审视黄土中物质及能量的现代迁移转化过程。