[发明专利]处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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-膨润土-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-膨润土-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。

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。

为解决上述难题，本发明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。

发明内容

本发明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。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：