处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法技术

本发明专利技术公开了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法，一方面，本发明专利技术提供了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，包括地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元；另一方面，本发明专利技术依托自主设计的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，建立了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验模拟方法，可实现地下水与多种屏障介质连续水岩作用实验模拟与地下水化学成分变化动态监测，同时还可实现地下水载带作用下核素在多重屏障介质中的动态运移实验模拟，为评价处置库多重屏障结构长期评价提供技术有力手段。多重屏障结构长期评价提供技术有力手段。多重屏障结构长期评价提供技术有力手段。

【技术实现步骤摘要】
处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法


[0001]本专利技术涉及放射性废物处置安全评价研究领域，具体是处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法。

技术介绍

[0002]核工业活动会产生大量的放射性废物，按照国际原子能机构的分类方法，将放射性废物分为高放废物、中低放废物、极低放废物等，其中高放废物的处置一直是国际社会关注的重要研究内容。国际上普遍认为对高放废物采用多重屏障结构的深地质处置是最为可行的处置方法，其多重屏障结构包括完整花岗岩天然屏障、膨润土和水泥固化体构成的人工屏障，主要借助花岗岩介质的低渗透性和强力学性能、膨润土屏障层的低渗透性和强吸附性、水泥的碱性沉淀反应和硬化包裹过程，在以上屏障层的协同作用下阻滞水流和核素运移。
[0003]按照国际原子能结构的要求，高放废物处置安全期限都在万年时间尺度。然而，在此时间限值内，由于地质作用，完整的花岗岩天然屏障可发育产生一定分布的裂隙，地下水可通过花岗岩裂隙通道，进入膨润土等人工屏障结构。通常，放射性废物处置区地下水含有高浓度盐离子，在其依次进入花岗岩
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膨润土
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混凝土屏障层后，其中所含盐离子可与花岗岩、膨润土、混凝土中矿物离子进行多次交换与水岩作用，改变屏障层矿物组成甚至结构，影响屏障层渗透阻滞性能和水泥固化体中核素释放行为；同时，由于地下水化学成分变化，核素依次从混凝土
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膨润土
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花岗岩向外的迁移行为也会受到显著影响。因此，为了评价高放废物处置库多重屏障结构的长期安全性，就必须开展地下水进入花岗岩、膨润土以及混凝土后的水岩作用，以及在此条件下放射性核素在多重屏障中的运移行为实验研究。
[0004]目前，该研究领域多以静态实验为主，其主要研究方法为：将核素与含某单一屏障介质平衡溶液进行混合，静置达到反应平衡后，取样分析核素浓度变化，该方法难以真实反映地下水与屏障材料的水岩作用过程及动态水流作用下核素的动态迁移行为与规律。少量动态实验研究仅关注水流或核素在单一屏障介质中的运移行为，简化了地下水与屏障层之间的多重反应，忽略了水岩作用对核素运移行为和机制的影响，更无法实时动态监测各过程中地下水水化学性质和核素吸附运移行为的变化，难以为处置库安全评价提供可靠、有效的基础数据。
[0005]为解决上述难题，本专利技术基于处置库多重屏障结构现实场景，即地下水依次流过花岗岩—膨润土层—混凝土层的连续循环运移过程，以及水岩作用后核素在水体载带下依次通过混凝土层—膨润土层—花岗岩屏障层的运移过程，创新设计了模拟多重屏障结构中水岩作用与核素动态运移的实验装置与流程，为获取现实场景下水岩作用及核素运移规律提供重要技术支撑。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法，以
实现地下水与多种屏障介质连续水岩作用过程实验模拟与实时监测，同时实现水体载带下核素在多重屏障中的连续动态运移实验模拟，为评价处置库多重屏障结构长期安全性提供技术手段。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一方面，本专利技术提供了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，包括地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元、核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元、鲁尔接头、注射器，所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元与地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元连通，所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元与地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元连通，所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元通过鲁尔接头与核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元连通，所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元与核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元连通，所述核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元与核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元连通；
[0009]所述注射器用于盛装放射性核素并将放射性核素通过鲁尔接头定量注入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元内；
[0010]所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元用于模拟地下水溶液与不同介质间的水岩相互作用，并实时检测水溶液化学成分变化；
[0011]所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元用于模拟经过水岩相互作用后，地下水溶液载带放射性核素分别在不同介质中的动态迁移过程。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元包括地下水水箱、第一水样收集测量瓶、水与花岗岩作用室，所述地下水水箱与第一水样收集测量瓶的顶部连通，所述第一水样收集测量瓶的顶部贯穿设置有第一取样管和第一回流管，所述水与花岗岩作用室包括第一密封容器，所述第一密封容器的内壁对称设置有两个第一尼龙网和两个第一多孔透水板，两个所述第一尼龙网位于两个第一多孔透水板的内侧，两个所述第一尼龙网之间形成有第一样品室，所述第一密封容器的顶部贯穿设置有第一出液管，所述第一密封容器的底部贯穿设置有第一进液管和第一排气管，所述第一进液管与第一水样收集测量瓶的外壁底部连通，所述第一出液管与第一回流管连通。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元包括第二水样收集测量瓶、水与膨润土作用室，所述第二水样收集测量瓶的顶部贯穿设置有第二进水管、第二取样管、第二回流管，所述水与膨润土作用室包括第二密封容器，所述第二密封容器的内壁对称设置有两个第二尼龙网和两个第二多孔透水板，两个所述第二尼龙网位于两个第二多孔透水板的内侧，两个所述第二尼龙网之间形成有第二样品室，所述第二密封容器的内部位于第二样品室的上方设置有出液漏斗，所述第二密封容器的内部在出液漏斗的上方形成上部集液室，所述出液漏斗与对应的第二多孔透水板贴合，所述第二密封容器的外壁位于出液漏斗的两侧对称贯穿设置有第二出液管和第三出液管，所述第二密封容器
的顶部贯穿设置有第一压力表和第二抽气管，所述第二密封容器的底部贯穿设置有第二进液管和第二排气管，所述第二出液管和第二回流管连通，所述第二进液管和第二水样收集测量瓶的外壁底部连通。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元包括第三水样收集测量瓶、水与混凝土作用室，所述第三水样收集测量瓶与第二水样收集测量瓶的结构相同，所述水与混凝土作用室与水与膨润土作用室的结构相同，所述第三水样收集测量瓶的第二进水管与水与膨润土作用室的第三出液管连通，所述水与混凝土作用室的第二出液管与第三水样收集测量瓶的第二回流管连通，所述水与混凝土作用室的第二进液管与第三水样收集测量瓶的外壁底部连通，所述水与混凝土作用室的第三出液管与鲁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，其特征在于：包括地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元(1)、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元(2)、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元(3)、核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元(4)、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元(5)、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元(6)、鲁尔接头(7)、注射器(8)，所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元(1)与地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元(2)连通，所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元(2)与地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元(3)连通，所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元(3)通过鲁尔接头(7)与核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元(4)连通，所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元(4)与核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元(5)连通，所述核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元(5)与核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元(6)连通；所述注射器(8)用于盛装放射性核素并将放射性核素通过鲁尔接头(7)定量注入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元(4)、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元(5)、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元(6)内；所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元(1)、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元(2)、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元(3)用于模拟地下水溶液与不同介质间的水岩相互作用，并实时检测水溶液化学成分变化；所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元(4)、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元(5)、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元(6)用于模拟经过水岩相互作用后，地下水溶液载带放射性核素分别在不同介质中的动态迁移过程。2.根据权利要求1所述的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，其特征在于：所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元(1)包括地下水水箱(9)、第一水样收集测量瓶(10)、水与花岗岩作用室(13)，所述地下水水箱(9)与第一水样收集测量瓶(10)的顶部连通，所述第一水样收集测量瓶(10)的顶部贯穿设置有第一取样管(11)和第一回流管(12)，所述水与花岗岩作用室(13)包括第一密封容器(32)，所述第一密封容器(32)的内壁对称设置有两个第一尼龙网(33)和两个第一多孔透水板(34)，两个所述第一尼龙网(33)位于两个第一多孔透水板(34)的内侧，两个所述第一尼龙网(33)之间形成有第一样品室(35)，所述第一密封容器(32)的顶部贯穿设置有第一出液管(38)，所述第一密封容器(32)的底部贯穿设置有第一进液管(36)和第一排气管(37)，所述第一进液管(36)与第一水样收集测量瓶(10)的外壁底部连通，所述第一出液管(38)与第一回流管(12)连通。3.根据权利要求2所述的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，其特征在于：所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元(2)包括第二水样收集测量瓶(14)、水与膨润土作用室(18)，所述第二水样收集测量瓶(14)的顶部贯穿设置有第二进水管(15)、第二取样管(16)、第二回流管(17)，所述水与膨润土作用室(18)包括第二密封容器(39)，所述第二密封容器(39)的内壁对称设置有两个第二尼龙网(40)和两个第二多孔透水板(41)，两个所述第二尼龙网(40)位于两个第二多孔透水板(41)的内侧，两个所述第二尼龙网(40)之间形成有第二样品室(42)，所述第二密封容器(39)的内部位于第二样品室(42)的上方设置有出液漏斗(43)，所述第二密封容器(39)的内部在出液漏斗(43)的上方形成上部集液室，所述出液漏斗(43)与对应的第二多孔透水板(41)贴合，所述第二密封容器(39)的外壁
位于出液漏斗(43)的两侧对称贯穿设置有第二出液管(44)和第三出液管(45)，所述第二密封容器(39)的顶部贯穿设置有第一压力表(46)和第二抽气管(47)，所述第二密封容器(39)的底部贯穿设置有第二进液管(48)和第二排气管(49)，所述第二出液管(44)和第二回流管(17)连通，所述第二进液管(48)和第二水样收集测量瓶(14)的外壁底部连通。4.根据权利要求2所述的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，其特征在于：所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元(3)包括第三水样收集测量瓶(19)、水与混凝土作用室(20)，所述第三水样收集测量瓶(19)与第二水样收集测量瓶(14)的结构相同，所述水与混凝土作用室(20)与水与膨润土作用室(18)的结构相同，所述第三水样收集测量瓶(19)的第二进水管(15)与水与膨润土作用室(18)的第三出液管(45)连通，所述水与混凝土作用室(20)的第二出液管(44)与第三水样收集测量瓶(19)的第二回流管(17)连通，所述水与混凝土作用室(20)的第二进液管(48)与第三水样收集测量瓶(19)的外壁底部连通，所述水与混凝土作用室(20)的第三出液管(45)与鲁尔接头(7)连通。5.根据权利要求4所述的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，其特征在于：所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元(4)包括核素在混凝土中动态迁移室(21)、第一排液管(22)、第一自动部分收集器(23)，所述核素在混凝土中动态迁移室(21)的内部结构与水与膨润土作用室(18)的内部结构相同，所述核素在混凝土中动态迁移室(21)中第二密封容器(39)的外壁贯穿设置有第四出液管(50)，所述第四出液管(50)位于对应的出液漏斗(43)的一侧，所述核素在混凝土中动态迁移室(21)中第二密封容器(39)的顶部贯穿设置有第三抽气管(51)和第二压力表(52)，所述核素在混凝土中动态迁移室(21)中第二密封容器(39)的底部贯穿设置有第三进液管(53)和第三排气管(54)，所述第三进液管(53)与鲁尔接头(7)连通，所述第一排液管(22)的进水端与核素在混凝土中动态迁移室(21)的第四出液管(50)连通，所述第一排液管(22)的出水端与第一自动部分收集器(23)连通。6.根据权利要求5所述的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，其特征在于：所述核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元(5)包括核素在膨润土中动态迁移室(24)、第二排液管(25)、第二自动部分收集器(26)，所述核素在膨润土中动态迁移室(24)的结构与核素在混凝土中动态迁移室(21)的结构相同，所述核素在膨润土中动态迁移室(24)的第三进液管(53)与核素在混凝土中动态迁移室(21)的核素在膨润土介质中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：臧建正，陈洁，江国润，徐辉，王卫宪，姚海波，刘艳，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六五三部队，
类型：发明
国别省市：