[发明专利]一种地质处置工程屏障材料的加速老化方法

说明书

本发明属于核辐射防护技术领域，涉及一种地质处置工程屏障材料的加速老化方法。所述的加速老化方法包括如下步骤：(1)对所述的工程屏障材料先后进行单纯γ辐照老化、单纯热老化和辐照‑热顺序老化；(2)在所述的辐照‑热顺序老化后，确定并测试敏感性表征指标；(3)对所述的敏感性表征指标的测试结果进行对比分析，给出三种加速老化作用后所述的敏感性表征指标劣化的相对程度，从而给出反应机理并建立动力学方程，在此基础上对所述的工程屏障材料的性能进行保守性的推断。利用本发明的地质处置工程屏障材料的加速老化方法，能够在长时间尺度下给出工程屏障材料性能演化的准确结论或者偏保守的结论。

技术领域

本发明属于核辐射防护技术领域，涉及一种地质处置工程屏障材料的加速老化方法。

背景技术

高水平放射性废物(HLW)具有核素半衰期长(部分核素的半衰期为几十万年)、释热量大、生物毒性高等特点，因此，目前国际上对其公认的处置方式为深地质处置，从而达到与人类长久隔离的目的。深地质处置多基于多重屏障原理进行设计，其中乏燃料/废物固化体本身是第一道屏障，处置容器是第二道屏障，缓冲/回填材料是第三道屏障，而处置介质(围岩)和周围的地质环境是第四道屏障。在上述四道屏障中，前三道屏障属于工程屏障，可以通过工程设计使其适合特定的条件；而第四道屏障是天然屏障，主要通过选址工作加以确定。

此外，一般又根据屏障的位置、功能、受废物体影响的程度、在其中发生演化过程等，可以将处置系统划分为近场和远场，近场包括工程屏障材料及围岩扰动带。而对于处置系统近场而言，工程屏障材料将长期受到辐照场、温度场、水势场、应力场、化学场以及微生物等多场耦合作用的影响。因此，在众多因素共同作用下，工程屏障材料长期性能演化是地质处置安全评价中关心的核心问题之一。

但是，目前关于工程屏障材料长期性能演化研究的方法基本上都是近似验证外推法，即在接近真实处置的温度以及其它环境条件下进行一定时间(数月至数年)的近似验证(主要研究为热-水-力-化学(THMC)台架试验和地下实验室原地加热试验)，分析推定材料的长期性能。一般来说，这种方法很难获得材料的演化机理和动力学方程，故无法建立长时间尺度下的时-温演化关系；而若只根据短时间尺度下的性能演化去推断长时间尺度下的性能演化，则所得到的结论可信度较低。因此，为了获得长时间尺度下工程屏障材料性能演化的准确结论或者偏保守的结论，需要建立新的试验方法，加速老化方法是其中之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种地质处置工程屏障材料的加速老化方法，以能够在长时间尺度下给出工程屏障材料性能演化的准确结论或者偏保守的结论。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种地质处置工程屏障材料的加速老化方法，所述的加速老化方法包括如下步骤：

(1)对所述的工程屏障材料先后进行单纯γ辐照老化、单纯热老化和辐照-热顺序老化；

(2)在所述的辐照-热顺序老化后，确定并测试敏感性表征指标；

(3)对所述的敏感性表征指标的测试结果进行对比分析，给出三种加速老化作用后所述的敏感性表征指标劣化的相对程度，从而给出反应机理并建立动力学方程，在此基础上对所述的工程屏障材料的性能进行保守性的推断。

本发明的加速老化方法的基本原理为：

(1)要预测某种材料在其使用条件下的寿命，由于试验模拟条件和试验周期等多方面因素的限制，一般情况下无法采取真实条件模拟，最佳的方法是采用加速老化试验；

(2)寻找敏感性性能表征指标，然后根据这些指标数据确定辐射和热作用对材料性能的影响是协同作用还是叠加作用；

(3)根据辐射和热两个因素对加速老化试验结果影响之间的关系，研究并掌握老化反应机理，建立反应动力学方程，预测材料的使用寿命；