一种核素迁移的预测方法技术

本发明专利技术提供一种核素迁移的预测方法，该方法包括：根据缓冲材料当前时刻的温度值确定其当前时刻所在区域的液体压力、所在区域的气体压力、水蒸气压力场值、应力应变场值；根据当前时刻的温度值、所在区域的液体压力、所在区域的气体压力、水蒸气压力场值更新下一时刻缓冲材料的温度值；根据下一时刻缓冲材料的温度值，确定缓冲材料是否达到饱和；如果未达到饱和，则重复执行上述，直到缓冲材料达到饱和，据此预测得到缓冲材料达到饱和状态对应的时刻。本发明专利技术提供的方法可以精确预测核素在未来某一时刻发生泄漏的时间。一时刻发生泄漏的时间。一时刻发生泄漏的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种核素迁移的预测方法


[0001]本专利技术涉及放射性物质处置
，尤其涉及一种核素迁移的预测方法。

技术介绍

[0002]核技术为人类提供了宝贵的能源，同时也产生了大量的放射性废物。放射性废物的分类是基于“放射性废物的特性及其对人类健康和环境的潜在危害”，分为高放射性废物，中放射性废物和低放射性废物。并根据该分类进行相应的管理。对于放射性低、半衰期短的废物，可在近地表填埋前，将其处理为玻璃固化体的方式处置。高放废物不仅毒性大、半衰期长、长期发热，并且是一种放射性的乏燃料，想要安全处置难度非常大。世界上许多国家对高放废物如何处置的问题，进行了广泛的研究，但考虑到风险和成本，深地质处置仍然是现如今唯一可行的解决方案。
[0003]根据工程实践情况，多采用“多屏障系统”的研究思路，及采用工程屏障和天然屏障组合而成。将高放废物(核素)掩埋在地下300米
‑
1000米的岩层中，称为“高放废物处置库”。从内到外的“多屏障系统”是：废物固化体、废物罐、缓冲材料和围岩。将放射性废物(核素)制作成的玻璃固化体、储存玻璃固化体的废物罐以及外层的缓冲材料被称作“工程屏障”，废物罐最外层的岩石地质被称为“天然屏障”。
[0004]然而，目前预测核素迁移的方式仅包含在缓冲材料达到饱和状态下的迁移过程，却没有一种在缓冲材料未达到饱和状态下，能够预测核素在未来某一时刻开始迁移的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种核素迁移的预测方法。r/>[0006]一种核素迁移的预测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取初始时刻缓冲材料的饱和度、初始时刻缓冲材料的温度值、缓冲材料形变量的初始分布参数；所述初始分布参数包括：缓冲材料本身的弹性模量、缓冲材料的孔隙率n、缓冲材料内部压差和外部初始压差；
[0008]步骤2：根据所述饱和度、缓冲材料形变量的初始分布参数，以及初始时刻缓冲材料的温度值，预测缓冲材料当前时刻的温度值；
[0009]步骤3：根据所述当前时刻的温度值确定缓冲材料当前时刻所在区域的液体压力；
[0010]步骤4：根据所述当前时刻的温度值确定缓冲材料当前时刻所在区域的气体压力；
[0011]步骤5：根据所述当前时刻的温度值、所在区域的液体压力、所在区域的气体压力确定当前时刻缓冲材料中的水蒸气压力场值；
[0012]步骤6：根据所述当前时刻缓冲材料中的水蒸气压力场值、所在区域的气体压力确定当前时刻缓冲材料的应力应变场值；
[0013]步骤7：根据缓冲材料所述当前时刻的温度值、所在区域的液体压力、所在区域的
气体压力、水蒸气压力场值更新下一时刻缓冲材料的温度值；
[0014]步骤8：根据所述下一时刻缓冲材料的温度值，确定下一时刻缓冲材料所在区域的液体压力，根据所述下一时刻缓冲材料所在区域的液体压力确定缓冲材料是否达到饱和；
[0015]步骤9：如果根据所述下一时刻缓冲材料所在区域的液体压力，确定下一时刻缓冲材料未达到饱和，则重复2
‑
7，直到缓冲材料达到饱和，据此预测得到缓冲材料达到饱和状态对应的时刻，所述缓冲材料达到饱和状态对应的时刻为核素开始迁移的时刻。
[0016]进一步的，如上所述的核素迁移的预测方法，步骤2所述根据所述饱和度、缓冲材料形变量的初始分布参数，以及初始时刻缓冲材料的温度值，预测缓冲材料当前时刻的温度值包括：
[0017]将所述饱和度、缓冲材料形变量的初始分布参数、初始时刻缓冲材料的温度值带入能量守恒方程，根据所述能量守恒方程确定缓冲材料当前时刻的温度值T；
[0018]所述能量守恒方程的公式为：
[0019][0020]其中，g为气相值，l为液相值，s为固相值；ρ为密度值；c为比热容；λ为导热率；T为缓冲材料的温度值，T
l
为缓冲材料所在区域的液体温度；T
g
为缓冲材料所在区域的气体温度；T
s
为缓冲材料所在区域的固体温度，根据局部准平衡假设，T
l
＝T
g
＝T
s
＝T；S为缓冲材料单元体内的液体饱和度；n为缓冲材料的孔隙率，由于其变化范围较小，视为一个定值；ω为液相迁移系数；k为介质的本征渗透率张量；k
lr
为水体的相对渗透率；μ
l
为水的动力黏滞系数；c
l
为水体的压缩性系数，表示为：β
l
为水体的热膨胀系数，表示为：k
gr
为气相的相对渗透率；k
gT
为混合气体热驱动系数；g为重力加速度；μ
g
为气体的动力粘滞系数；为混合气体的压缩系数，为混合气体的热膨胀系数；ε
v
为缓冲材料的应力应变场值；ρ
g
为缓冲材料所在区域液体密度；c
g
为气体压缩性系数；K
g
为气相体积应变模量；n为孔隙率；为气体压力梯度；μ
l
为水的动力黏滞系数；ρ
l
为地下水密度；c
l
为水体的压缩性系数，表示为：为液相体积应变模量；β
l
为水体的热膨胀系数，表示为：胀系数，表示为：为液体压力梯度；k
lT
为水体相对渗透率；ρ
s
为固体密度；c
s
为固体的比热容；p
l
为缓冲材料所在区域的液体压力，K
l
为液相体积应变模量；K
g
为气相体
积应变模量。
[0021]进一步的，如上所述的核素迁移的预测方法，步骤3中，所述根据所述当前时刻的温度值确定缓冲材料当前时刻所在区域的液体压力包括：
[0022]将缓冲材料所述当前时刻的温度值带入水体质量守恒方程，根据所述水体质量守恒方程确定缓冲材料当前时刻所在区域的液体压力p
l
；
[0023]所述水体质量守恒方程采用下式表示：
[0024][0025]其中，ε
v
为缓冲材料的应力应变场值；P
sv
为地下水的饱和蒸汽压力；P
v
为地下水的蒸汽压力；S为饱和度；c
lp
为水体的压缩性系数，表示为：为饱和度吸力影响系数；p
l
为缓冲材料所在区域的液体压力；p
g
为缓冲材料所在区域的气体压力；μ
l
为水的动力黏滞系数；p
l
为缓冲材料所在区域的液体压力；g为重力加速度；ω为液相迁移系数；k
lT
为膨润土水体热驱动系数；c
sT
为饱和度的温度影响系数；c
lT
为液体的热膨胀系数；k
lr
为水体的相对渗透率。
[0026]进一步的，如上所述的核素迁移的预测方法，步骤4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核素迁移的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取初始时刻缓冲材料的饱和度、初始时刻缓冲材料的温度值、缓冲材料形变量的初始分布参数；所述初始分布参数包括：缓冲材料本身的弹性模量、缓冲材料的孔隙率n、缓冲材料内部压差和外部初始压差；步骤2：根据所述饱和度、缓冲材料形变量的初始分布参数，以及初始时刻缓冲材料的温度值，预测缓冲材料当前时刻的温度值；步骤3：根据所述当前时刻的温度值确定缓冲材料当前时刻所在区域的液体压力；步骤4：根据所述当前时刻的温度值确定缓冲材料当前时刻所在区域的气体压力；步骤5：根据所述当前时刻的温度值、所在区域的液体压力、所在区域的气体压力确定当前时刻缓冲材料中的水蒸气压力场值；步骤6：根据所述当前时刻缓冲材料中的水蒸气压力场值、所在区域的气体压力确定当前时刻缓冲材料的应力应变场值；步骤7：根据缓冲材料所述当前时刻的温度值、所在区域的液体压力、所在区域的气体压力、水蒸气压力场值更新下一时刻缓冲材料的温度值；步骤8：根据所述下一时刻缓冲材料的温度值，确定下一时刻缓冲材料所在区域的液体压力，根据所述下一时刻缓冲材料所在区域的液体压力确定缓冲材料是否达到饱和；步骤9：如果根据所述下一时刻缓冲材料所在区域的液体压力，确定下一时刻缓冲材料未达到饱和，则重复步骤2
‑
7，直到缓冲材料达到饱和，据此预测得到缓冲材料达到饱和状态对应的时刻，所述缓冲材料达到饱和状态对应的时刻为核素开始迁移的时刻。2.根据权利要求1所述的核素迁移的预测方法，其特征在于，步骤2所述根据所述饱和度、缓冲材料形变量的初始分布参数，以及初始时刻缓冲材料的温度值，预测缓冲材料当前时刻的温度值包括：将所述饱和度、缓冲材料形变量的初始分布参数、初始时刻缓冲材料的温度值带入能量守恒方程，根据所述能量守恒方程确定缓冲材料当前时刻的温度值T；所述能量守恒方程的公式为：其中，g为气相值，l为液相值，s为固相值；ρ为密度值；c为比热容；λ为导热率；T为缓冲材料的温度值，T
l
为缓冲材料所在区域的液体温度；T
g
为缓冲材料所在区域的气体温度；T
s
为缓冲材料所在区域的固体温度，根据局部准平衡假设，T
l
＝T
g
＝T
s
＝T；S为缓冲材料单元体内的液体饱和度；n为缓冲材料的孔隙率，由于其变化范围较小，视为一个定值；ω为液相迁移系数；k为介质的本征渗透率张量；k
lr
为水体的相对渗透率；μ
l
为水的动力黏滞系数；c
l
为水体的压缩性系数，表示为：β
l
为水体的热膨胀系数，表示为：k
gr
为气相的相对渗透率；k
gT
为混合气体热驱动系数；g为重力加速度；μ
g
为气体的动力粘滞系数；为混合气体的压缩系数，为混合气体的热膨胀系数；ε
v
为缓冲材料的应力应变场值；ρ
g
为缓冲材料所在区域液体密度；c
g
为气体压缩性系数；K
g
为气相体积应变模量；n为孔隙率；为气体压力梯度；μ
l
为水的动力黏滞系数；ρ
l
为地下水密度；c
l
为水体的压缩性系数，表示为：K
l
为液相体积应变模量；β
l
为水体的热膨胀系数，表示为：为水体的热膨胀系数，表示为：为液体压力梯度；k
lT
为水体相对渗透率；ρ
S
为固体密度；c
s
为固体的比热容；p
l
为缓冲材料所在区域的液体压力，K
l
为液相体积应变模量；K
g
为气相体积应变模量。3.根据权利要求1所述的核素迁移的预测方法，其特征在于，步骤3中，所述根据所述当前时刻的温度值确定缓冲材料当前时刻所在区域的液体压力包括：将缓冲材料所述当前时刻的温度值带入水体质量守恒方程，根据所述水体质量守恒方程确定缓冲材料当前时刻所在区域的液体压力p
l
；所述水体质量守恒方程采用下式表示：其中，ε
v
为缓冲材料的应力应变场值；P
sv
为地下水的饱和蒸汽压力；P
v
为地下水的蒸汽压力；S为饱和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，赵冬梅，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：