花崗巖裂隙中放射性核素遷移試驗(yàn)及模擬研究.pdf

1、裂隙介質(zhì)中的核素遷移研究是高放廢物地質(zhì)處置中的一個(gè)重要研究方向，對(duì)我國(guó)核廢物處置的發(fā)展具有重要意義。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)加工花崗巖單裂隙裝置、含填充物的有機(jī)玻璃構(gòu)建裂隙裝置、擴(kuò)散裝置和彌散裝置，先后完成了鈾、釷混合元素作為溶質(zhì)在花崗巖及單裂隙中的運(yùn)移實(shí)驗(yàn)。采用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)核素U-238、Th-232及毒性核素Pu-242和Am-243在甘肅北山裂隙系統(tǒng)中的遷移情況。得出主要結(jié)論如下：
　?。?）花崗巖對(duì)釷

2、的阻滯作用強(qiáng)于鈾，核素在2mm巖片中的擴(kuò)散系數(shù)大于4mm巖片中的擴(kuò)散系數(shù)，鈾和釷的擴(kuò)散系數(shù)分別為1.81×10-11～3.73×10-11，6.89×10-12～7.16×10-12，阻滯系數(shù)分別為8933～9097，14328～14565。
　　（2）核素在2mm巖片中的彌散系數(shù)大于4mm巖片中的彌散系數(shù)，鈾和釷的彌散系數(shù)分別為3.87×10-10～5.65×10-10，8.18×10-12～1.49×10-11。阻滯系數(shù)分別為

3、8861～9100，14152～14418。
　　（3）核素在花崗巖裂隙中的運(yùn)移能力與裂隙中水流流速有關(guān)。隨著流速的減小，核素與花崗巖裂隙表面接觸時(shí)間增長(zhǎng)，核素在花崗巖中的擴(kuò)散、吸附、離子交換等作用加強(qiáng)，導(dǎo)致峰現(xiàn)時(shí)間滯后，穿透曲線的拖尾程度加劇，核素的相對(duì)濃度值減小。從核素相對(duì)濃度值減小程度上看：釷>鈾，主要原因是釷自身化學(xué)性質(zhì)使其在裂隙中更難溶解、遷移。
　　（4）花崗巖單裂隙中縱向彌散度：釷<鈾。
　　（5）同一核

4、素，混合核素在裂隙中的運(yùn)移能力較單一核素強(qiáng)，混合元素中鈾的穿透曲線較單一核素鈾的穿透曲線有峰現(xiàn)時(shí)間提前，相對(duì)濃度值升高的現(xiàn)象，推測(cè)其原因是混合核素在花崗巖裂隙中的離子交換作用互相影響，使其在裂隙中的滯留量減小，導(dǎo)致花崗巖對(duì)核素的阻滯作用能力減弱。
　?。?）裂隙中填充礦物粘土的種類與數(shù)量影響核素的遷移行為，裂隙中填充礦物粘土的穿透曲線的相對(duì)濃度值：蒙脫石<伊利石<綠泥石，峰現(xiàn)時(shí)間：綠泥石<伊利石<蒙脫石，核素在含蒙脫石的裂隙中遷移