模拟高放废物地质处置室特性的系统技术方案

技术编号:3899414 阅读:290 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术属于核废物处置技术领域,具体是模拟高放废物地质处置室特性的系统。目的是提供能够模拟高放废物深地质处置室热-水-力-化学耦合特性的系统。所述系统包括供水和供气控制装置(1)、温度控制装置(8)、多场耦合实验装置、测量系统、数据采集系统(10)和数据处理系统(19);所述系统以多场耦合实验装置为核心,其最外层为带具有密封盖的桶状不锈钢腔体(4),最内层为一圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器(3)。本发明专利技术的优点是提供了多场耦合条件下膨润土热-水-力-化学耦合实验装置,具有强度高、变形小、耐腐蚀、密封性能好、测量精度高等技术特点,适于模拟处置库条件下进行膨润土Mock-up长期实验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核废物处置
,尤其涉及高放废物深地质处置室热-水-力-化学耦合特性的模拟装置。
技术介绍
核エ业发展产生了大量的核废物,尤其是高放核废物,如何进行安全处置已成为日益紧迫要解决的环境问题。目前,国际上对于高放核废物处置一般倾向于采用深地质埋藏法。我国也明确表示对高放废物处置库采用这种方式,通过天然和人工屏障体系阻止核素的泄漏与迁移,达到高放核废物安全处置的目的。核废处置库地质选址后,采用有效的エ程屏障来确保其长期的安全性和稳定性。国内外研究表明,膨润土是工程屏障理想的缓冲/回填材料,但必须通过对选定膨润土的材料特性、滲透性能、传导特征等的大量研究和进行多场耦合作用长期实验研究,来为设计和构建核废处置库提供依据。由于热-水-力-化学多场耦合现象极其复杂,实验难度大,是当今工程评价研究中的主要方向。目前,我国已选定内蒙古兴和县高庙子矿床为缓沖/回填材料供应基地,对高庙子膨润土(浅表钙基膨润土和深部钠基膨润土)尚处在基本物理化学性质研究阶段,急待进ー步开展缓冲/回填材料膨润土的热-水-力-化学耦合条件下长期性能的实验研究,目前还没有能够进行此种实验的系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供能够模拟高放废物深地质处置室热-水-力-化学耦合特性的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统。并利用此系统进行高放废物深地质处置库首选缓冲/回填材料-高庙子钠基膨润土多场耦合作用的研究,探索模拟处置库条件下压实膨润土的行为特征和多种影响因素的作用机理。从而,建立热-水-力-化学耦合条件下膨润土膨胀及其长期性能研究的有效分析方法体系,掲示多场耦合条件下膨润土行为特征的变化规律,通过理论、数值分析和模拟技术建立多场耦合条件下多重屏障体系的数值模型;高庙子钠基膨润土长期特性评估和预测模型。直接为高放废物深地质处置缓冲/回填材料的选取,工程屏障系统设计及安全性能评估提供可靠的依据。本专利技术是这样实现的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统,包括供水和供气控制装置、温度控制装置、多场耦合实验装置、測量系统、数据采集系统和数据处理系统;其中,所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心,多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构,其最外层为具有带密封盖的桶状不锈钢腔体,最 内层为一圓柱体形、用于模拟高放废物的加热器,加热器外围是压实缓冲材料,压实缓冲材料与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料填充;温度控制装置包括加热器和加热器控制系统,加热器不固定的放置于压实缓冲材料中,上下两端安装有用于监测加热器位移的位移測量装置;供水和供气控制装置包括供水供气管路、高压气瓶及控制装置、高压水瓶及控制装置;高压气瓶的出气管连接至高压水瓶,作为高压水瓶的压カ来源,供水供气管路连接高压水瓶和多场耦合实验装置,供水供气管路中包含的多根供水供气管从高压水瓶伸出,在所述的不锈钢腔体的圆周方向均匀安装,垂直放置于膨润土块体与不锈钢腔体之间的填充材料中,在填充材料内供水供气管管壁上均匀的开有多个小孔,用于气体或者水的滲出;測量系统包括温度測量装置、压カ测量装置、位移測量装置、湿度測量装置、气体測量和收集系统;温度測量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的温度传感器;压カ测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的土应カ传感器和设置于填充材料内供水供气管管壁小孔附近的孔隙水压カ传感器; 湿度測量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的湿度传感器;上述測量装置安装于压实缓冲材料中,对不锈钢腔体中的状况进行整体的监测;气体测量和收集系统安装于不锈钢盖顶部专设的排气孔处,负责收集和測量多场耦合实验装置中溢出的气体;数据采集系统安装于各个測量装置之后,用于将测量数据传送至数据处理系统;数据处理系统用于记录和处理数据采集系统采集到的数据,包括数值模型及评估和预测模型。如上所述的ー种模拟高放废物地质处置室特性的系统,其中,所述的加热器包括圆柱形的加热器不锈钢壳体、充满壳体空腔的导热油或者石英砂、浸没于导热油或者石英砂中的温度传感器和加热棒、不锈钢壳体上部的走线通道和出线ロ。如上所述的ー种模拟高放废物地质处置室特性的系统,其中,所述的压实缓冲材料是膨润土块体,或者是石英砂、膨润土以及少量添加剂组成的混合材料压制而成的块体。如上所述的ー种模拟高放废物地质处置室特性的系统,其中,所述的填充材料是石英砂、膨润土或者两者的混合材料,其中也可以包含少量添加剂;如上所述的ー种模拟高放废物地质处置室特性的系统,其中,在多场耦合实验装置最外层的桶状不锈钢腔体外侧安装有多个张カ计或者应变片,用于监测桶体的形变。如上所述的ー种模拟高放废物地质处置室特性的系统,其中,在压实缓冲材料中还放置有多个金属腐蚀块,用于观察金属材料在实验条件下的腐蚀情況。如上所述的ー种模拟高放废物地质处置室特性的系统,其中,在压实缓冲材料中设置有多个取样点,用于在运行一段时间之后,对压实缓冲材料进行采样,研究其在实验条件下的变化情況。本专利技术的优点是提供了多场耦合条件下膨润土热-水-力-化学耦合实验装置,具有強度高、变形小、耐腐蚀、密封性能好、測量精度高等技术特点,适于模拟处置库条件下进行膨润土 Mock-up长期实验。能够通过实时监测缓冲/回填材料的温度、湿度、力学等变化过程,掲示了热-水-力-化学耦合作用条件下缓冲/回填材料行为特征的变化规律。同时,本专利技术所述系统能够提供基于多场耦合及模拟处置库条件下大量的实验测定数据,迸行理论、数值和模拟、反演技术分析建立多场耦合条件下多重屏障体系的数值模型和高庙子钠基膨润土长期特性评估和预测模型,为高放废物深地质处置库的建立奠定基础。附图说明图I是模拟高放废物地质处置室特性的系统总体结构示意图;图2是模拟高放废物地质处置室特性的系统侧视横截面图;图3是图2中的A-A截面剖视图;图4是图2中的B-B截面剖视图;图5是图2中的C-C截面剖视图;图6是加热器的剖视图。其中,I.供水和供气控制装置,2.压实缓冲材料,3.加热器,4.不锈钢腔体,5.螺杆紧固件,6.填充材料,7.位移測量装置,8.温度控制装置,9.气体测量和收集系统,10.数据采集系统,11.填充材料内供水供气管,12.安装区,13.加热器不锈钢壳体,14.加热棒,15.导热油或者石英砂,16.温度传感器,17.走线通道,18.出线ロ,19.数据处理系统。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进ー步的说明如图I至图5所示的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统,能够模拟高放废物地质处置室热-水-力-化学耦合特性,包括供水和供气控制装置I、温度控制装置8、多场耦合实验装置、測量系统、数据采集系统10和数据处理系统19 ;其中,所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心,多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构,其最外层为具有带密封盖的桶状不锈钢腔体4,最内层为一圓柱体形、用于模拟高放废物的加热器3,加热器3外围是压实缓冲材料2,压实缓冲材料2与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料6填充;所述的压实缓冲材料2可以是膨润土块体,或者是石英砂、膨润土以及少量添加剂组成的混合材料压制而成的块体;所述的填充材料6可以是石英砂、膨润土或者两者的混合材料,其中也可以包含少量添加剂;温度控制装置8包括加热器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟高放废物地质处置室特性的系统,包括供水和供气控制装置(1)、温度控制装置(8)、多场耦合实验装置、测量系统、数据采集系统(10)和数据处理系统(19);其特征在于:所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心,多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构,其最外层为带具有密封盖的桶状不锈钢腔体(4),最内层为一圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器(3),加热器(3)外围是压实缓冲材料(2),压实缓冲材料(2)与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料(6)填充;温度控制装置(8)包括加热器(3)和加热器控制系统,加热器(3)不固定的放置于压实缓冲材料(2)中,上下两端安装有用于监测加热器位移的位移测量装置(7);供水和供气控制装置(1)包括:供水供气管路、高压气瓶及控制装置、高压水瓶及控制装置;高压气瓶的出气管连接至高压水瓶,作为高压水瓶的压力来源,供水供气管路连接高压水瓶和多场耦合实验装置,供水供气管路中包含的多根供水供气管从高压水瓶伸出,在所述的不锈钢腔体(4)的圆周方向均匀安装,竖直放置于膨润土块体与不锈钢腔体之间的填充材料(6)中,在填充材料内供水供气管(11)管壁上均匀的开有多个小孔,用于气体或者水的渗出;测量系统包括:温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置(7)、湿度测量装置、气体测量和收集系统(9);温度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的温度传感器;压力测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的土应力传感器和设置于填充材料内供水供气管(11)管壁小孔附近的孔隙水压力传感器;湿度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的湿度传感器;上述测量装置安装于压实缓冲材料(2)中,对不锈钢腔体(4)中的状况进行整体的监测;气体测量和收集系统(9)安装于不锈钢盖顶部专设的排气孔处,负责收集和测量多场耦合实验装置中溢出的气体;数据采集系统(10)安装于温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置(7)、湿度测量装置、气体测量和收集系统(9)之后,用于接收测量数据并将测量数据传送至数据处理系统(19);数据处理系统(19)包括:数值模型及评估和预测模型;数据处理系统(19)用于记录和处理数据采集系统采集到的数据。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟高放废物地质处置室特性的系统,包括供水和供气控制装置(I)、温度控制装置(8)、多场耦合实验装置、測量系统、数据采集系统(10)和数据处理系统(19); 其特征在于所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心,多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构,其最外层为带具有密封盖的桶状不锈钢腔体(4),最内层为ー圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器(3),加热器(3)外围是压实缓冲材料(2),压实缓冲材料(2)与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料(6)填充; 温度控制装置(8)包括加热器(3)和加热器控制系统,加热器(3)不固定的 放置于压实缓冲材料(2)中,上下两端安装有用于监测加热器位移的位移測量装置(7); 供水和供气控制装置(I)包括供水供气管路、高压气瓶及控制装置、高压水瓶及控制装置;高压气瓶的出气管连接至高压水瓶,作为高压水瓶的压カ来源,供水供气管路连接高压水瓶和多场耦合实验装置,供水供气管路中包含的多根供水供气管从高压水瓶伸出,在所述的不锈钢腔体(4)的圆周方向均匀安装,竖直放置于膨润土块体与不锈钢腔体之间的填充材料出)中,在填充材料内供水供气管(11)管壁上均匀的开有多个小孔,用于气体或者水的渗出; 測量系统包括温度測量装置、压カ测量装置、位移測量装置(7)、湿度測量装置、气体測量和收集系统(9); 温度測量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的温度传感器; 压カ测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的土应カ传感器和设置于填充材料内供水供气管(11)管壁小孔附近的孔隙水压カ传感器; 湿度測量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料(2)中的湿度传感器; 上述測量装置安装于压实缓冲材料(2)中,对不锈钢腔体(4)中的状况进行整体的监測; 气体测量和收集系统(9)安装于不锈钢盖顶部专设的排气孔处,负责...

【专利技术属性】
技术研发人员:王驹刘月妙
申请(专利权)人:核工业北京地质研究院
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

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