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[硕士论文] 李博
核资源与核勘查工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:地质处置库核废物中核素迁移行为研究是核废物地质处置安全评价的一个重要内容,可以为核废物处置选址提供参考依据。目前大多数学者主要是以水为介质对放射性核素在地质处置环境下的迁移行为展开研究。而地质环境是复杂的,尤其是对于高放废物自身的高活度和强释热,加上处置库本身可能处于地下几百至上千米,形成一个温度场和辐射场多场作用下的复合场,因此有必要开展针对地质环境中核素迁移的多元化研究。
  本文以地气流为核素迁移的载体,探究核素在土壤中的迁移和滞留行为,探讨其在地气流中的运移机制:
  (1)建立地气迁移柱模型,用中子活化后的核素模拟核废物,利用放射性检测方法,讨论地气作用下核素迁移行为的可行性。
  (2)利用多物理场耦合仿真软件,对饱和多孔介质下的气体流动、物质的吸附与传递、多孔介质热传递多物理场耦合数值模拟。探讨不同条件下核素在土壤多孔介质的迁移与滞留规律。
  (3)通过建地气土柱模型,在实验室探究Sr、Ce、La、U四种核素在不同介质、不同高度、不同存贮方式下的迁移与滞留问题。并与多物理场耦合模拟分析结果对比,以验证计算机模拟数学模型的可靠性。
  (4)开展天然类比试验,以粤北某铀矿为研究对象,对地气作用下核素远场迁移规律进行探讨。
  论文主要取得如下研究成果:
  (1)通过建立不同条件下的土柱实验模型,找出以下规律性认识:模拟四种核素在土壤中迁移能力大小依次为:Sr、Ce、La、U。土壤对Ce元素的滞留作用最强,对La元素的滞留能力最弱。固化后的核素迁移量明显弱于未固化的核素,固化处理对阻滞核素迁移有明显效果。
  (2)利用多物理场耦合仿真软件计算得到结论:核素质量浓度会随着迁移距离呈指数级下降。初始质量浓度的大小对核素在土壤介质中的迁移能力影响较小,气体流速对纳米级颗粒在土壤中的吸附与滞留作用有很大影响。孔隙率较大的多孔介质,对核素的滞留能力较强。
  (3)天然类比实验中证实天然隐伏矿体中的核素可以穿过致密围岩随地气流迁移至近地表,且迁移量的大小与矿体品位呈正相关性。中间深度矿体垂向上方的U异常幅值较小。矿体产状中倾角对U元素异常幅值有影响,异常幅值在1.8-5.0的隐伏矿体中的倾角大多在70°-78°之间。
[硕士论文] 杜宇
核科学与技术 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:高放废液是一种放射性高、毒性强、释热率高和酸性强的废液,为了减少高放废液放射性、缩短最终地质处置的监测时间、提高U和Pu的利用率,有必要进行高放废液分离。近年来在高放废液分离的研究中,三齿配体之一的双酰胺荚醚类萃取剂,因其对三价/四价镧系和锕系元素高的萃取率而被广泛研究。离子液体因其具有较高的辐照稳定性、热稳定性,对金属离子较高的萃取效率和良好的选择性等特性,在高放废液分离方面具有广阔的应用前景。本文研究了分别以离子液体[Bmim][PF6]和40/60%(V/V)正辛醇/煤油作为稀释剂时,N,N'-二甲基-N,N'-二辛基-3-氧-二戊酰胺荚醚(DMDODGA)对硝酸介质中Ce(Ⅲ)的萃取行为和机理。
  通过研究DMDODGA分别在40/60%(V/V)正辛醇/煤油和[Bmim][PF6]作为稀释剂时,对硝酸介质中Ce(Ⅲ)的萃取行为,考虑萃取时间、初始水相中硝酸浓度、萃取剂浓度、初始水相中甲基咪唑阳离子([Bmim]+)浓度对Ce(Ⅲ)萃取的影响,根据斜率法和极限负载实验得出DMDODGA-40%正辛醇/煤油体系和DMDODGA-[Bmim][PF6]体系中,Ce(Ⅲ)的萃取机理和平均络合数。运用傅里叶红外光谱仪分析有机相,推测络合物结构。并研究了[Bmim]Cl、H2O、HNO3作为反萃剂时,Ce(Ⅲ)的回收率。
  研究结果表明DMDODGA对Ce(Ⅲ)具有良好的萃取性能。初始水相中硝酸浓度和萃取剂浓度对Ce(Ⅲ)的分配比有很大的影响,相同萃取剂浓度下,在DMDODGA-40%正辛醇/煤油体系中初始水相中硝酸浓度约为2mol/L时,分配比存在极大值;而在DMDODGA-[Bmim][PF6]体系中初始水相中硝酸浓度约为4mol/L时,分配比存在极小值。DMDODGA通过C=O键与Ce(Ⅲ)进行配位,络合物中Ce(Ⅲ)与DMDODGA的摩尔比均为1∶3。在40%正辛醇/煤油体系中萃取机理为中性络合,而在[Bmim][PF6]体系中萃取机理为阳离子交换。此外,40%正辛醇/煤油体系中低浓度的硝酸和水对Ce(Ⅲ)都具有较高的回收率,[Bmim][PF6]体系中不同反萃剂对Ce(Ⅲ)的回收率大小顺序为HNO3>HNO3和[Bmim]Cl的混合物>[Bmim]Cl>去离子水。
[硕士论文] 成建峰
核废物地质处置工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文针对高放废物处置库地下水环境中,包装容器低碳钢腐蚀产物与Pu之间的氧化还原反应开展研究,获取腐蚀产物与Pu之间的氧化还原动力学方程与反应常数,以及影响特征,为高放废物地质处置安全评价提供技术参数。
  论文基于高放废物的超长期(可能上万年)处置过程中,处置库遭到天然或人为的作用,工程屏障层被破坏,核废物容器(低碳钢)受到地下水的侵蚀,核废物发生泄漏迁移这一背景。为了探究腐蚀产物对Pu氧化还原反应研究,用电化学实验室模拟研究了低碳钢储物罐在地下水环境中的腐蚀过程,通过PHREEQC模拟分析了Pu在腐蚀溶液及地下水中种态的分布情况,探讨了腐蚀溶液及地下水溶液对Pu在两种地质介质中的吸附机理和动力学影响过程。为后续指导Pu在地质环境中的屏障技术提供指导意见,对核废物安全处置工作具有科学意义。主要研究内容与结论如下:
  (1)用电化学的方法获得低碳钢在溶液中的腐蚀电位,通过腐蚀电位加快腐蚀低碳钢获得腐蚀产物。不同条件下的溶液对低碳钢腐蚀电位及腐蚀电位密度都会产生一定影响。通过XRD对腐蚀产物分析,低碳钢腐蚀产物主要为α-FeOOH、Fe3O4,在地下水环境和HCO3-环境中会产生少量的Fe2(OH)2CO3。
  (2)用PHREEQC软件模拟了Pu在特定条件下的种态分布,并对不同条件下的种态分布进行了对比分析。模拟研究发现,不同pH地下水溶液和腐蚀溶液对Pu的种态分布均产生一定的影响,主要表现为酸性溶液中主要以三价的PuSO4+和Pu(SO4)2,中性环境中主要以Pu(OH)3+存在,碱性溶液中OH-与Pu结合生成大量的Pu(OH)4。
  (3)用TTA-二甲苯萃取的方法获得Pu(Ⅲ)、Pu(Ⅳ)和Pu(Ⅴ、Ⅵ)在溶液中的含量。通过对Pu单一价态的制备,萃取验证的方式证明该萃取方法可行,有效性在90%以上。通过对Pu在地下水溶液中的萃取发现,Pu主要以Pu(Ⅳ)的形式存在,一定时间后会产生少量的Pu(Ⅴ)和Pu(Ⅵ)。地下水腐蚀溶液中Pu主要以Pu(Ⅲ)和Pu(Ⅳ)两种价态存在。通过对不同pH地下水腐蚀溶液萃取计算得到Pu(Ⅳ)在腐蚀溶液中的动力学方程。
  (4)通过地下水腐蚀溶液、地下水溶液以及单一离子溶液对Pu在两种回填材料中的吸附性能研究发现。GMZ膨润土和阿拉善粘土中含有大量的Al2O3和SiO2,这两种化合物与水接触后溶液在介质表面形成诸如≡Si-OH、=Al-OH表面羟基官能团,这些官能团在酸性或碱性环境中与溶液中的Pu发生表面配合反应,不同种态的Pu与官能团结合方式不同,导致地质介质对Pu的吸附产生重要影响。
  综上所述,地下水溶液中的离子浓度会对Pu在地质介质中的迁移产生重大影响,当溶液中的某些离子过高时,Pu不易被地质介质吸附,Pu容易随着地下水发生迁移而扩散。
[硕士论文] 李春梅
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:核能是极具有前景的能源,但核废气中的放射性物质(诸如碘)导致核安全备受关注。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)因具有许多优良性质已经被广泛用于气体吸附分离的分子模拟研究。本论文选用大规模MOF材料,对工业条件下(1.0bar和423K)的碘蒸汽吸附、碘水分离和甲基碘吸附分离做了高通量的分子模拟研究,包括考察材料的再生性能和水稳定性。结果表明:
  1、碘蒸汽吸附时,材料XAHQAA(剑桥晶体结构库中材料代码)是目前为止碘单质吸附量(13.57g/g)最高的材料,模拟还发现20~30(A)的介孔、孔隙率0.93左右以及比表面积约为6200m2/g的MOFs更有利于碘单质的吸附和存储,且具有互穿结构的MOF材料不利于碘蒸汽的吸附。QIYDIN材料经过改性,碘吸附量提高了20.26%。
  2、通过大规模模拟研究MOF材料分离I2/H2O体系,发现材料DAWMUL的碘吸附量(Niodine=7.68g/g)远高于其他材料。对选择性和吸附量较好的520种MOFs进行变压吸附(PSA)研究,引入Adsorption Figure of Merit(AFM)参数描述材料性能,经考察,综合性能最好的材料中有5种具有动力学水稳定性。
  3、杂质NO2对大多数MOFs的甲基碘吸附行为影响微弱,表明MOFs比其他多孔材料更利于甲基碘吸附。更重要的是,NU-700能够被活化,是目前甲基碘吸附研究中吸附量(3.26g/g)最高的材料,在高浓度NO2时也有很好的甲基碘吸附效果,因而用于甲基碘的吸附应用十分有前景。
[硕士论文] 陈波
核能与核技术工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:核能作为一种清洁高效的能源形式近年来得到快速发展,然而随着核电的发展,放射性污染问题也成为了核能被大范围采用的制约因素。例如,在核设施发生严重事故时,将会产生大量的放射性物质,其主要形式包括放射性气溶胶、气态单质及有机物,这些放射性物质一旦释放到环境中将会对工作人员、周围环境及群众产生严重损害。一种有效的解决办法是通过高效过滤系统对放射性物质进行过滤,使其在达到国家规定的排放标准后再释放到环境中。其中对亚微米级气溶胶粒子的过滤是整个过滤过程中最重要的部分,在这一过程中选用性能优良的不锈钢金属纤维烧结毡作为过滤介质可以产生较好的过滤效果。
  本文采用实验研究与数学模型计算相结合的方法,研究金属纤维烧结毡的过滤效率变化规律。实验选用四种不同过滤精度的金属纤维烧结毡进行对比实验,探究过滤风速、过滤精度、气溶胶粒子直径及气溶胶粒子浓度四个参数对过滤效率的影响规律;数学模型在参照纤维过滤理论及颗粒过滤理论的基础上将纤维过滤过程划分为内部过滤及表面过滤两部分,根据实验条件选用合适的经验公式对过滤效率进行计算,分析过滤效率变化规律,并对实验分析结果进行验证及理论支撑。
  基于效率研究结果,本文进一步对金属纤维烧结毡的流动阻力变化特性及容尘性能进行实验研究。以烧结毡的流动阻力达到二倍初始流动阻力为实验终止条件,探究了这一过程中流动阻力的变化规律及与容尘质量的关系,并测量了各实验条件下的容尘量。实验结果显示,金属纤维烧结毡的容尘性能在风速为0.05m/s~0.15m/s时不随风速发生改变;过滤精度为3μm的金属纤维烧结毡较于其它烧结毡具有较好的过滤效果及容尘性能。
[硕士论文] 李广录
化学工程与技术 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:膜蒸馏(MD)是把膜技术和经典蒸馏工艺结合起来的膜分离过程,可应用于海水淡化、废水浓缩、超纯水生产、食品工业等领域。膜蒸馏截留率高,可利用低品位热,具有很高的系统集成度。
  建立MD的数学模型和进行流程模拟有助于深入挖掘其机理,发现其他潜在应用。也有助于对运行参数的选取和控制,优化膜组件的结构设计及改善MD系统的组织形式。另外关于MD在高盐特种废水处理中的应用及性能表现,还少有研究提及。鉴于此,本文进行了膜蒸馏传递过程模拟,开展了MD处理高氨氮放射性废水的实验研究。
  本文选取直接接触式(DCMD)和气隙式(AGMD)两种常用膜蒸馏类型进行传递过程建模,给出了膜孔内气体总压、液膜厚度、气隙热量传递的计算方法,并且编写了计算程序实现过程模拟。系统地分析了MD的主要性能指标(如通量、极化系数)随不同因素(如温度、盐度、孔隙率和气隙宽度等)的变化趋势和受影响程度。
  实验证明DCMD过程中,热侧流体可以克服静压进入馏出侧形成跨膜通量,并向馏出侧输入流动功(静压能)。馏出侧流体随之机械能升高,通过压力交换等技术可以实现对该机械能的利用。进而本文提出节能型DCMD工艺,模拟表明馏出侧的动力消耗可以节省约30%。
  利用DCMD装置浓缩模拟浓海水和核元件厂放射性废水,考察了温度、盐度等对通量和截留率的影响。在实验条件下温度升高通量升高,盐度变大通量显著降低。对于高盐废水,MD表现出了较高的截留率,除挥发性物质(氨)以外,常规物质截留率和模拟放射性元素(钴及铀)的截留率均在99%左右。
  SEM和EDS证实长期使用的膜的表面和孔内出现了盐类结晶污染,同时发现膜材料本身的组织结构也发生了改变。进一步分析表明过饱和程度不高甚至未达到过饱和状态也存在盐类污染可能,膜的一些结构可充当晶核。
  为减轻膜污染,提高膜蒸馏长期运行的稳定性,可以在快速结晶前通过冲洗的方式除去膜表面的成核位点,也可以添加阻垢剂或是通过合适的前处理,减小膜蒸馏的污染风险。
[硕士论文] 姜昊
工商管理;企业管理 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:核电因其高效、环保的特点,正逐渐成为世界各国电源结构中的重要组成部分。经过几十年的高速发展,中国的核电产业已同高铁一起成为“国家名片”,在中国的能源结构中所占的比例逐步提高。随着政策的放开,福岛核事故给中国核电产业带来的负面影响正逐渐降低,中国核电又迎来新一轮的高速发展期。同时,社会对于核电产业的安全性问题的关注度也随之提高。如何对核废料进行有效的安全管理,随着核能利用越来越广泛以及核电站数量增加面临着严峻的考验,是中国各大核电企业及政府面临的重要问题。核废料处理是一项长周期复杂的系统工程,存在巨大的潜在风险,风险甚至甚于核电厂的生产运营。
  核废料的定义为,在核燃料制作和核反应堆运行完毕所产生的具有放射性的废料。与其他工业废物不同,核废料因其较高的放射性威胁更大。核废料危害期极长,理论上可以通过后处理循环使用,但技术并不普及。其中,中低放废物核废料因半衰周期较短,较为容易进行处理。而高放废物半衰周期长,危害持久,较难处理。国际社会一直将安全处置核废料作为核能产业发展的重要影响因素。核废料安全处理与处置作为核循环周期的末环,与整个产业的安全性息息相关。核废物的处置是一个大型、复杂的多学科交叉的系统性工程。眼下,世界各国应用较广的方法为深地质储存法,即将废料通过技术手段进行固化处理,然后运输处置库,深埋于如岩层等稳定地质结构中。这种处置方法要求处理厂址地质结构稳定,即使产生地震、火山爆发等地质灾害,放射性物质也不会泄露出来;另外,放射性物质不易通过岩层渗透,对水资源造成影响。
  本文从技术角度介绍了核废料处理相关的基本情况以及世界上主流的核废料处理的手段,结合中国核电产业发展背景,介绍核废料处理现状及所面临的问题和困境,从法律法规,监管部门,企业管理制度等角度综合说明中国核废料安全管理现状。本文将乏燃料出厂至深地质储存的过程分类为18种方案,采用AHP(层次分析法)来确定对于不同方案在六大处置原则之下的评价指标的权重,并结合PROMETHEE多目标决策分析方法,为中国核电企业核废料处理中所涉及的处置方案决策提供依扼,最后对中国核废料管理,从政府及企业的角度提出一系列的建议和对策。
[硕士论文] 朱建江
核能与核技术工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:某厂在军工生产过程中产生了大量的中低放废液。根据国家有关规定,这些中低放废液需要通过水泥固化工艺固化成固化体储存。为了保证生产的水泥固化体达到国家环保要求,需要针对待处理中低放废液的理化特征,研究选择合适的水泥固化基材及配制参数,形成可供工程实施的水泥固化配方。本文根据实际中低放废液的源项分析结果,结合其所具有的高盐、高泥浆浓度的特征,通过配制系列模拟料液,采用前期研究推荐的水泥固化基材及配制参数,设计了4组34个模拟配方,对不同配方下形成的水泥固化体的性能进行测试对比。
  论文主要开展了以下研究工作:
  1、原材料的物理性能及化学组成分析
  分析检验各选水泥及用于硅酸盐水泥改性的活性粉体的化学组成及其物理性能及天然矿物吸附剂的化学组成与矿物组成。
  2、不同配方中低放废液水泥基固化体的性能研究
  根据实际的中低放废液的源项分析结果,配制了模拟泥浆和不同含盐量的模拟料液,结合前期研究推荐的水泥固化基材及配制参数,设计了4组34个模拟配方。
  采用上述初步确定的配方,制备了不同液灰比、不同泥浆掺入量的水泥浆体,测试了水泥浆体的流动度和凝结时间,然后将水泥固化体标准养护28d后,测定了固化体的抗压强度、抗浸泡性、抗冻融性、抗冲击性、抗辐照性等指标,观察了水泥固化体的游离水和盐析情况,系统研究了模拟废液浓度、模拟泥浆掺入量、水灰比等对水泥固化体性能的影响。
  3、初步确定了模拟中低放废液水泥固化配方
  通过对不同配方中低放废液水泥基固化体的性能测试对比,优选了6组模拟中低水平放射性废液的水泥固化配方,为后续实验室规模真实废液水泥固化配方试验,以及工程规模试验提供了科学依据。
[硕士论文] 周强
核能与核技术工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:玻璃固化作为目前世界上对高放废液处理最为成熟的技术已在世界范围得到广泛应用。在玻璃固化技术发展的过程中,经历了四代主要技术。这四代主要技术都是以玻璃作为基质来处理高放废液,它比矿物质具有更高的经济属性,因此得到工业化的应用。国内高放废液处理的研究起步较晚,而且尚没有成功运行的经验。SEPEC公司的高放废液处理设施是国内的第一座高放废液处理厂,目前正在建设当中。在对SEPEC技术方案选择时,考虑了德国、法国、美国的技术方案,通过对比最终确定引进德国的焦耳加热陶瓷电熔炉技术。主要工艺如固化工艺和尾气处理等采取引进的方式,中德双方正式确定合作后开展了大量的研究工作,并在德方PVA冷台架和SEPEC冷台架上进行了多轮的试验,通过试验一方面是进一步验证德方工艺系统的可靠性,第二方面是为了验证中德双方共同研制的玻璃配方是否能满足SEPEC废液高钠、高硫的特性,产出的废物玻璃是否能达到国内相关行业标准的要求(如浸出率等指标),提高硫的包容率,熔炉运行期间不产生黄相,使熔炉能够安全、稳定的运行;同时,鉴于德方VEK厂熔炉尾气管发生堵塞的情况,SEPEC联合德方进行了优化设计。因此,对于玻璃组分的研制,通过样品分析和组分调整,达到了氧化物包容率不低于16%的要求,且玻璃粘度、废物玻璃浸出率等均满足要求,找到了适合SEPEC的玻璃配方;对于尾气管堵塞问题,通过引入薄膜冷却器这一成熟的技术,基于沉积物溶于水的特性,加以高压水冲洗,再辅助气泡吹扫,可以明显的提高尾气管沉积物清理的效率,使SEPEC熔炉尾气管能更长久的运行。
[硕士论文] 毛必钦
核能与核技术工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:八二一厂建成了我国第一个桶外搅拌技术的放射性废液水泥固化生产线。工程建设期间,我们联合西南科技大学开展了水泥固化配方的实验室研究。推荐的配方中我们添加了粉煤灰、凹凸棒石以及矿粉等添加剂。本文研究的是在水泥固化生产线冷调试阶段,将实验室配方应用到实际生产中,通过测试实际生产出的水泥固化体的性能最终得出最佳配方。我们首先挑选了海螺牌水泥和拉法基牌水泥用来做固化基材的对比。通过XDR以及厂家的调研,我们得到了两种水泥的成分。然后我们将实验室的5组配方细化到17项试验配方。按照配方,采用两种水泥分别生产出水泥固化体。我们测试了水泥固化体的流动度、抗压性能、抗冻融性、抗冲击性、抗浸泡性、盐析情况、游离水情况、凝结时间以及产生的水化热。我们还利用SEM观察了水泥固化体的微观形态。最后,通过各项性能的对比,我们选出了表现更好的水泥作为固化基材,同时也得到了最适合水泥固化生产线运行的配方。
  本论文主要得出了以下结论:海螺水泥的水泥固化体性能方面要优于拉法基水泥。纯水泥配方下生产出的水泥固化体性能满足要求。从生产的角度看,采用纯水泥工艺操作方便。水泥固化生产线能够处理单纯的放射性废液,也能够处理掺杂泥浆的放射性废液,但是泥浆含量不宜超过5%。在处理含泥浆的放射性废液时,水泥中加入45%的矿粉和5%的凹凸棒石生产出的水泥固化体性能也能满足要求。
[博士论文] 高俊义
土木工程 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:地下深部处置是高放射核废物永久处置的一种可行方案。为评估高放废物处置库的安全性,需要研究处置库近场裂隙岩体水流-传热对温度与应力影响的规律。本文的研究内容和主要结果如下:
  (1)选取高放废物处置库重要预选场区甘肃北山地区的花岗岩,制作750mm(宽)×300mm(厚)×1000mm(高)的稀疏不规则裂隙岩体模型,研究热源温度和裂隙水流速度对岩石温度和应力的影响。结果表明,斜裂隙水主要从侧部进水口流向侧部出水口,竖裂隙水主要从顶部进水口流向底部出水口,斜与竖裂隙在交汇处存在微小流量交换;由于热源与岩石间存在间隙,加热热源后,间隙中的水始终发生着自然对流换热现象,呈现出上层岩石温度较高的特性;岩石热传导和斜裂隙水流对温度分布起控制作用,竖裂隙水流对岩石横向热传导起阻滞作用;由于热源位置的局部性、岩石热传导及水流传热的不规则性,上层岩石形成从左向右为主的传热路径,中、下层岩石形成从上向下为主的传热路径;由于上、下层岩石温度梯度较小,岩石收缩受热拉应力,中层岩石温度梯度较大,岩石膨胀受热压应力;热源温度越高,裂隙水流速越低,岩石温度越高,并且岩石应力越大,系统达到稳态所需要的时间越长;填砂裂隙强化了裂隙介质的热导能力,岩石温度和热应力均高于无填充时岩石温度和热应力;试验过程中裂隙水无相变产生,温度与水流速度对测点水压影响很小。
  (2)建立了稀疏不规则裂隙岩体模型水流-传热对温度和应力影响的三维离散元模型,对比分析了模型试验各工况下裂隙岩体的温度和应力,同时分析了裂隙开度与边界条件对裂隙岩体温度的影响。离散元模拟表明,从瞬态到稳态,岩石的温度梯度逐渐减小,裂隙两侧岩石等温线的不连续性逐渐增大,斜裂隙水流对远离热源的中层岩石的传热路径影响越来越明显,上层岩石形成从下向上为主的传热路径,中、下层岩石形成从左向右为主的传热路径;模型边界间隙对远离热源岩石的温度和传热路径影响较明显;上、中、下三层岩石均受热压应力,应力增量随温度梯度的增大而增大,大主应力的方向近似垂直于斜裂隙面与竖裂隙面的交线。由于现有3DEC软件不能考虑水的热物性参数随温度的变化,离散元模拟中岩石热传导与竖裂隙水流的耦合早于斜裂隙,岩石热传导与斜裂隙水流和邻近热源侧的竖裂隙水流对温度分布起控制作用;热源温度越低,裂隙水流速越高,裂隙开度越大,岩石温度越低,并且岩石应力越小,系统达到稳态所需要的时间越短;裂隙水低流速时的热传导占主导作用,裂隙水高流速时的对流传热占主导作用,裂隙交汇处存在局部热对流。
  (3)考虑HLW玻璃固化体冷却30a后的热功率与高放废物处置库近场裂隙水流-传热作用,利用3DEC软件分析了裂隙水流-传热对高放废物处置库近场温度的影响。裂隙水流离废物罐越远,裂隙附近岩石温度越低,岩石热传导与裂隙水流传热的耦合作用越微弱,对岩体的中部水平剖面的温度场影响越不明显,对岩体中部垂直剖面的温度场影响较明显;由于裂隙水流的吸热降温作用,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土温度低于完整岩体模型废物罐表面膨润土温度,且缩短了达到稳态所需要的时间;距废物罐较近的裂隙水流上游区域废物罐表面膨润土温度显著低于裂隙水流下游区域废物罐表面膨润土温度,距废物罐较远的裂隙水流对上、下游区域废物罐表面膨润土温度影响较小;在设定条件下,裂隙岩体模型的废物罐表面膨润土最高温度约是完整岩体模型废物罐表面膨润土最高温度的75%,裂隙水流速度从0.2mm/s增大到0.5mm/s,废物罐表面膨润土最高温度降低了约4%,裂隙开度从0.5mm增大到0.7mm,废物罐表面膨润土最高温度升高了约3%。
[硕士论文] 梁诗敏
核能与核技术工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:采用激光荧光法研究了铀(U(Ⅵ))在红壤及其实性成分上的吸附特性,包括天然红壤(NRE)、去金属氧化物红壤(MIRE)、去有机质红壤(RORE)、双去红壤(OMRE)、高岭土(KAOLINE)这五种样品。通过改变实验研究条件来研究pH、离子强度、腐殖酸等因素对U(Ⅵ)在红壤及其实性成分上吸附的影响。以宏观吸附实验为基础,对红壤及其实性成分进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)表征,并研究了U(Ⅵ)在红壤及其实性成分上的吸附动力学和吸附热力学。
  结果表明:红壤及其实性成分对铀的吸附影响因素中,pH值是最主要的吸影响因素,对吸附过程的影响显著。一价离子强度的变化对U(VI)在红壤及其实性成分上的吸附影响不明显,二价钙离子对U(Ⅵ)在红壤及其实性成分上的吸附影响比较明显。在一定范围内,在腐殖酸的存在下,悬浊液的酸度越高,U(Ⅵ)在红壤及其实性成分上的吸附作用越强;达到一定的值后,随着pH值的上升,这种吸附促进作用的影响减弱。红壤及其实性成分对U(Ⅵ)的吸附时间达到某一值后,其吸附百分数基本保持不变。天然红壤、高岭土对U(Ⅵ的吸附均在10小时后达到平衡;去有机质红壤对U(Ⅵ)的吸附达到平衡的时间最短,双去红壤对U(Ⅵ)的吸附达到平衡的时间最长。去金属氧化物红壤的吸附量比天然红壤的吸附量高,双去红壤的吸附量比天然红壤的吸附量低,高岭土的吸附量最小。金属氧化物对吸附过程起抑制作用,有机质对吸附过程起促进作用。红壤及其实性成分吸附过程中,有表面吸附和内部粒子的扩散过程,其吸附过程是一个较为复杂的过程。高温有利于红壤及其实性成分对U(Ⅵ)的吸附反应进行。温度对U(Ⅵ)在去金属离子氧化物红壤、去有机质红壤、双去红壤上的吸附的影响基本相同;对U(Ⅵ)在天然红壤的吸附的影响最大;对U(Ⅵ)在高岭土的吸附的影响最小。
[硕士论文] 杜柳钢
岩土工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着中国经济的快速发展,核能的利用越来越广泛,同时也产生了大量的核废料。核废料合理安全的处置也成为了全世界研究的重点。建造地下处置库进行地质处理已经被全世界认为是最为合理的处理方法。
  水泥基材料作为核废料处置库建设的重要材料,在核废料地下处置库巷道衬砌的设计建造当中,不仅要起到巷道支护的作用,还要有较低的渗透性作为核废料和岩石之间的人工屏障。当处置库运行后,一方面巷道衬砌受到地应力的作用;另一方面核废料中的放射性元素,在处置的过程中将会放出大量的热量,使处置库巷道衬砌产生温度应力。这样巷道衬砌受到温度场和应力场的相互作用,产生非常复杂的热力耦合问题。从而影响处置库的永久性和稳定性,所以有必要对核废料处置库巷道衬砌所采用的水泥基材料进行热力耦合的特性研究。
  本文采用试验和有限元模拟的方法,对处置库巷道衬砌水泥基材料在热力耦合作用下的特性进行了研究,研究和分析的主要内容包括下列几项:
  (1)利用热传导理论对水泥基材料的温度场及应力场进行了理论分析和基本方程的推导。
  (2)制作了水灰比为0.4、0.45和0.5三组砂浆试样,通过试验得到三组试样的热学参数,包括:密度、导热系数、比热容和膨胀系数。通过单轴压缩试验和常规三轴压缩试验,得到三组试样的力学参数,包括:弹性模量、泊松比、粘聚力以及内摩擦角,并比较和分析了不同水灰比对其热力学参数的影响和变化规律。可以得出随着水灰比的增大,试样密度、导热系数、比热容、弹性模量、泊松比和粘聚力都在减小,与水灰比呈负相关;只有膨胀系数在增大,与水灰比呈正相关;内摩擦角基本不变,都在39°左右。
  (3)通过有限元软件Abaqus进行数值模拟,建立核废料处置库模型,选取了合理的热力耦合分析方法。将试验得到的三种水灰比的热力学参数分别代入到模型中,对处置库三种水灰比巷道衬砌的温度场和耦合场进行了数值模拟并分析其变化规律。研究得出:水灰比的变化对其温度场的影响不大,对耦合场的影响较大。水灰比为0.4的巷道衬砌的初始应力值、应力随时间增长的速率、应力峰值以及处置100年后应力值都比其它两种要小。因此在满足工程条件的情况下降低水灰比可以减小温度应力的产生,更有利于衬砌的安全性和稳定性。此研究为核废料处置库的概念性设计提供了借鉴依据。
[硕士论文] 王超梅
水利工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:裂隙介质中的核素迁移研究是高放废物地质处置中的一个重要研究方向,对我国核废物处置的发展具有重要意义。本文在总结国内外研究现状的基础上,自行设计加工花岗岩单裂隙装置、含填充物的有机玻璃构建裂隙装置、扩散装置和弥散装置,先后完成了铀、钍混合元素作为溶质在花岗岩及单裂隙中的运移实验。采用数值模拟方法预测核素U-238、Th-232及毒性核素Pu-242和Am-243在甘肃北山裂隙系统中的迁移情况。得出主要结论如下:
  (1)花岗岩对钍的阻滞作用强于铀,核素在2mm岩片中的扩散系数大于4mm岩片中的扩散系数,铀和钍的扩散系数分别为1.81×10-11~3.73×10-11,6.89×10-12~7.16×10-12,阻滞系数分别为8933~9097,14328~14565。
  (2)核素在2mm岩片中的弥散系数大于4mm岩片中的弥散系数,铀和钍的弥散系数分别为3.87×10-10~5.65×10-10,8.18×10-12~1.49×10-11。阻滞系数分别为8861~9100,14152~14418。
  (3)核素在花岗岩裂隙中的运移能力与裂隙中水流流速有关。随着流速的减小,核素与花岗岩裂隙表面接触时间增长,核素在花岗岩中的扩散、吸附、离子交换等作用加强,导致峰现时间滞后,穿透曲线的拖尾程度加剧,核素的相对浓度值减小。从核素相对浓度值减小程度上看:钍>铀,主要原因是钍自身化学性质使其在裂隙中更难溶解、迁移。
  (4)花岗岩单裂隙中纵向弥散度:钍<铀。
  (5)同一核素,混合核素在裂隙中的运移能力较单一核素强,混合元素中铀的穿透曲线较单一核素铀的穿透曲线有峰现时间提前,相对浓度值升高的现象,推测其原因是混合核素在花岗岩裂隙中的离子交换作用互相影响,使其在裂隙中的滞留量减小,导致花岗岩对核素的阻滞作用能力减弱。
  (6)裂隙中填充矿物粘土的种类与数量影响核素的迁移行为,裂隙中填充矿物粘土的穿透曲线的相对浓度值:蒙脱石<伊利石<绿泥石,峰现时间:绿泥石<伊利石<蒙脱石,核素在含蒙脱石的裂隙中迁移的最慢。裂隙中的纵向弥散度:绿泥石>伊利石>蒙脱石。
  (7)本次研究从甘肃北山裂隙隙宽分布规律入手,结合一维多途径核素迁移模型,采用本实验中获得的核素迁移参数,预测了U-238和Th-232在甘肃北山裂隙系统中的迁移情况。其次,运用相同的模型选取毒性核素Pu-242和Am-243进行模拟预测。
[硕士论文] 李元东
核资源与核勘查工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:便携式α/β表面污染仪是环境放射性污染调查与评价、核设施监测以及核事故应急事件监测等领域中的重要仪器设备,其探头由探测器和电荷灵敏前置放大器(CSP)组成。在传统便携式α/β表面污染仪的探头中,探测器通常采用光电倍增管(PMT)与复合闪烁体组成,其中PMT会导致探测器存在体积大、工作电压高、抗干扰性能和抗机械性能弱等缺点,限制了探头的应用范围;CSP通常采用单端输入结型场效应管(JFET)作为输入级,采用若干双极结型晶体管(BJT)作为放大级和输出级,导致了CSP存在静态工作点稳定性差和结构复杂等缺点,加大了电路的调试难度,影响了探头的输出特性。可见,传统探头已不符合当前便携式α/β表面污染仪的发展趋势,在加强核设施监测与放射性污染监测的大力推动下,实现对传统便携式α/β表面污染仪探头的改进,是目前亟待解决的问题。
  据此,本文开展了对传统便携式α/β表面污染仪探头的改进工作,提出采用硅光电倍增管(SiPM)耦合复合闪烁体组成新型α/β探测器,采用差分输入JFET孪生管和集成运算放大器设计新型CSP。为进一步研究探头性能,本文设计了探测器测试方案与探头信号调理电路(包括整形滤波电路、积分电路、甄别电路、偏压电源以及主控系统),并测试了探测器、CSP、探头信号调理电路以及探头的性能指标,最终实现了对传统便携式α/β表面污染仪探头的改进,使之具备体积更小、便携度更高、输出特性更好、工作电压更低、抗干扰性能更强以及稳定性更好等优点,可对α粒子和β粒子活度进行有效测量。
  本文主要研究成果有:
  (1)在探测器的改进中,采用ZnS(Ag)闪烁体与塑料闪烁体组成α/β复合闪烁体实现对α粒子和β粒子的同时测量;采用SiPM对α/β复合闪烁体实现光电转换并构成新型α/β探测器,从而实现了对传统便携式α/β表面污染仪探测器的改进。为进一步研究探测器性能,本文设计了探测器特性参数测试方案,搭建了测试平台,并根据唯一变量原则完成了探测器测试工作;分析了测试结果,并针对实际应用提出了合理建议,进一步掌握了探测器的基本特性,验证了探测器改进方案的合理性。实验结果表明,暗电流随温度和偏压的升高而增加,且在温度为20℃,偏压为24.4V时,暗电流为608nA;在温度为20℃时,正常工作电压范围内(24.2V~24.8V)暗电流的最大变化为3.3%(较608nA);结电容不随温度和偏压的变化发生明显改变,且在偏压为24.4V,温度分别为-20℃和40℃时,结电容分别为3368pF和3375pF;在正常工作电压的范围内,温度分别为-20℃和40℃时,结电容的最大变化分别为0.2%(较3368pF)和1.4%(较3375pF)。
  (2)在CSP的改进中,针对传统CSP静态工作点稳定性差等不足,采用差分输入JFET孪生管和集成运算放大器设计了新型CSP,并详细阐述了其工作原理,从而实现了对传统便携式α/β表面污染仪CSP的改进。为进一步研究该CSP的性能,测试了CSP的主要性能指标以及对不同α和β标准源的输出波形,验证了CSP的优异性能。实验结果表明,CSP零电容噪声为51.09fC,噪声斜率为1.96fC/pF,信噪比高达33∶1,上升时间为86ns,时间漂移为0.112%,且对不同的α和β标准源的输出特性优异。
  (3)将探测器与CSP组装构成新型α/β探头即实现了对传统便携式α/β表面污染仪探头的改进。为进一步研究探头对α粒子和β粒子的活度测量等性能,设计了探头信号调理电路,包括整形滤波电路、积分电路、甄别电路、偏压电源以及主控系统,并测试了整形滤波、积分和甄别电路输出波形以及偏压电源的纹波电压和稳定度。实验结果表明,整形滤波、积分和甄别电路对239Pu-α源和90Sr-β源的输出特性良好,可将探头输出的模拟信号转换为数字信号以实现对α粒子和β粒子活度的测量;偏压电源纹波电压约为2mV,纹波系数小于1‰,稳定度为0.40%/5h。
  (4)在探头性能的测试中,主要测试了探测效率、串道比、温度影响以及湿度影响。实验结果表明,温度为20℃时,探头对α粒子探测效率为56.05%,对β粒子探测效率为26.85%,α道对β道串道比为11.88%,β道对α道串道比为0.95%;温度在-20℃~40℃范围内,探头对α探测效率的变化小于7.2%(较20℃时),对β探测效率的变化小于8.9%(较20℃时);温度为40℃,湿度为80%时,探头对α探测效率的变化为11.7%(较20℃时),β探测效率的变化为13.9%(较20℃时),符合国家标准GBF5202-2008规定。
[硕士论文] 巩建军
地球物理学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:核废料深地质处置场址是影响高放废物处理长期安全的关键,围岩类型是处置库选址需要考虑的重要因素。花岗岩与粘土岩是当前世界上高放废物地质处置库选址研究开发重点关注的围岩,我国的前期重点研究对象是花岗岩,近年才开展粘土岩处置库研究。本文依托东华理工大学承担的―高放废物地质处置库西北地区粘土岩地段筛选与评价研究‖项目,在综合分析地质资料、岩石物性参数和区域重磁场特征的基础上,在内蒙古巴音戈壁盆地塔木素地区开展了高放废物处置库粘土岩地段筛选综合地球物理调查研究,为地段筛选提供了科学依据。
  基于研究区的区域重、磁数据,采用位场数据处理新技术,开展了 Theta图、改进归一化标准差、Tilt梯度和解析信号四种方法的边界识别,初步圈定了区内7条分别为北东向、北西向及近东西向的主断裂(岩性接触带)。完成了重、磁异常相关成像反演图,确定了研究区内不同密度体和磁性体的空间展布特征,初步推荐了三个适合进一步开展工作的区域。
  基于实测大地电磁测深数据,采用远参考道技术,有效压制了各种相关噪声的干扰,通过分析视电阻率及阻抗相位曲线和拟断面图,初步了解了地下电性结构,总结出电阻率由浅至深呈低阻~高阻的变化规律。选择L4线进行了非线性共轭梯度二维反演参数的试验研究,得出本区最佳反演参数组合为:为:TE(TM)极化模式、拉格朗日乘子取3、背景电阻率取100Ω·m、横向网格取500米、纵向网格取最小勘探深度的1.1倍。然后对4条MT测线进行了二维反演,通过电阻率剖面图和三维切片图分析了研究区域的电性结构,确定了该区目标层泥岩的空间展布特征和基底起伏情况,根据地质资料推测目标层巴音戈壁组上段沉积泥岩埋深超过500m,连续厚度超过100m岩性变化一致且稳定。最后,结合地质、物探调查结果和我国高放废物处置库粘土岩选址标准,在筛选区圈定了约200km2的有利地段。
[硕士论文] 裘阳
化学 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:铀和钍是重要的核燃料,也是潜在的放射性毒物,铀和钍的吸附和分离对核能可持续发展、人体健康以及环境保护具有十分重要的意义。吸附法因其具有富集因子高、减容比大以及不会乳化等优点,在放射性核素的分离领域越来越受到重视。有序介孔硅作为优良的吸附剂,其孔径在2-50nm之间,具有比表面积高、孔道结构可调、以及良好的热稳定性等诸多优点,广泛应用在重金属的吸附方面。但是由于材料表面内部的官能团种类少,并且孔道结构小,导致介孔材料吸附不足。本文制备了纤维介孔硅材料(F-SiO2),通过后嫁接法合成氨基(APS-F-SiO2)、羧基(COOH-F-SiO2)、胺肟(AD-F-SiO2)、磷酸(DPTS-F-SiO2)等功能化纤维介孔硅材料,扩大介孔材料的孔道结构,提高了吸附容量。采用SEM、FT-IR、N2吸附-脱附曲线、热重分析等方法表征了功能化纤维介孔硅材料的物理化学性质。考察了纤维介孔硅材料表面功能化的种类、溶液的pH值、接触时间、铀和钍的初始浓度、竞争离子等对功能化纤维介孔硅材料吸附U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的影响;探讨了吸附动力学、等温线;并研究了对U(Ⅵ)选择吸附性能,主要结果如下:
  (1)通过CTAB为模版剂,在环己烷和异丙醇作为溶剂条件下合成了F-SiO2。氮气吸附-脱附分析比表面积大约高达657m2·g-1,孔径10-15nm。扫描电镜显示材料为纤维球体。TGA热重显示材料拥有良好的热稳定性。当pH=3.00.05,msorbent/Vsolution=0.4mg·mL-1,[Th]initial=100mg·L-1,吸附容量达到38.7mg·g-1。F-SiO2吸附Th(IV)的行为符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,即吸附主要是受化学作用控制,以单分子层吸附为主。当Zn2+、Co2+、Gd3+、Ni2+、Yb3+、Sr2+、La3+、Sm3+、和Nd3+等离子存在时,F-SiO2对Th(Ⅳ)吸附的选择性显著增强。
  (2)通过嫁接方法合成了COOH-F-SiO2。氮气吸附-脱附分析比表面积大约为416m2·g-1,孔径大约11nm。SEM显示该材料为纤维球体结构,功能化前后材料的形貌没有明显变化。热重测定结果显示,该材料拥有良好的热稳定性。当pH=3.00.05,msorbent/Vsolution=0.4mg·mL-1,[Th]initial=100mg·L-1,吸附容量达到68.4mg·g-1。COOH-F-SiO2吸附Th(Ⅳ)符合Langmuir(R2>0.9921)模型,Th(Ⅳ)以单分子层吸附为主。此外,该材料具有选择性吸附Th(Ⅳ)的能力,在混合金属离子体系中,不受其他金属离子的干扰,依然保持对Th(IV)较高的吸附。
  (3)通过嫁接方法合成了APS-F-SiO2。氮气吸附-脱附分析比表面积高达346m2/g,孔径10nm。扫描电镜显示材料为纤维球体结构。热重显示材料拥有良好的热稳定性。当pH=5.00.05,msorbent/Vsolution=0.4mg·mL-1,[U]initial=100mg·L-1,吸附容量达到162.6mg·g-1。APS-F-SiO2吸附U(Ⅵ)行为符合准二级动力学模型和Langmuir等温式,即吸附主要是受化学作用控制,以单分子层吸附为主,当Zn2+、Co2+、Gd3+、Ni2+、Yb3+、Sr2+、La3+、Sm3+、和Nd3+等离子存在时,APS-F-SiO2对U(Ⅵ)吸附的选择性显著增强。
  (4)通过嫁接方法合成了AD-F-SiO2、DPTS-F-SiO2。氮气吸附-脱附分析AD-F-SiO2比表面积大约高达358m2·g-1,孔径约11nm;DPTS-F-SiO2比表面积大约高达442m2·g-1,孔径约12nm;扫描电镜显示功能化前后材料形貌没有发生明显变化,当pH=5.00.05,msorbent/Vsolution=0.4mg·mL-1,[U]initial=100mg·L-1,AD-F-SiO2吸附容量达到107.8mg·g-1;DPTS-F-SiO2吸附容量达到87.3mg·g-1。
[硕士论文] 刘婷婷
核能与核技术工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:为了能够实现能源的可持续发展,世界各国都把核能作为主要的能源发展目标。然而随着核能工业的发展,无论是在核电运行,还是在核燃料循环前段、乏燃料后处理等过程中必然会产生大量的含铀废液,因此如何快速有效地处理这些废液具有重要的意义。
  本文采用均相法,以N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)为有机溶剂,使聚丙烯腈(PAN)粉末和羟胺(50%溶液)发生反应,以制备偕胺肟基聚丙烯腈吸附材料。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和比表面积及孔径分析仪对所制备的吸附材料进行表征,用ICP-AES和ICP-MS检测吸附后溶液中铀的含量。使用初始浓度为100ppm的硝酸铀酰溶液研究吸附材料对铀酰离子的吸附性能,考察了吸附时间、铀溶液pH值、吸附温度等因素对吸附的影响。
  材料制备实验结果表明,吸附材料的制备条件,如:反应时间、反应溶质比、反应温度等不同,所得吸附材料的形态也各有不同。常温(25℃)反应,溶质比 n(腈基):n(羟胺)=1:1时的吸附材料可以通过造粒制得不同程度黄色的扁圆形的固体颗粒,而溶质比n(腈基):n(羟胺)=1:2时则不能通过造粒得到固定形态的产物,只能得到不定形的白色固体粉末。高温(90℃)反应,溶质比n(腈基):n(羟胺)=1:2时的产物为黄色的固体粉末。
  FT-IR的结果可以证明聚丙烯腈的腈基(-C≡N)已经与羟胺(NH2?OH)发生反应,产生了新的官能团:偕胺肟基(-C(=NOH)NH2),且反应7天时-C≡N已基本全部转变为-C(=NOH)NH2。
  吸附实验结果表明,常温、n(腈基):n(羟胺)=1:1、制备时间3d的吸附材料对铀的吸附容量最高,在pH值为3.0时,可达158.90mg/g。而相同吸附条件下,常温、n(腈基):n(羟胺)=1:2制备的吸附材料和高温、n(腈基):n(羟胺)=1:2制备的吸附材料的吸附容量相近,最佳吸附容量均在50mg/g左右,约为常温、n(腈基):n(羟胺)=1:1制备的吸附材料的吸附容量的一半。不同条件下制备的吸附材料,吸附铀时的最佳pH值不同,但吸附速率和吸附容量都随着吸附温度的升高而有所升高。吸附等温线符合 Langmuir等温模型,吸附材料对铀酰离子的吸附是均匀的单层吸附。
[硕士论文] 宫岩
地质资源与地质工程 东华理工大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,国家致力于核电能源的开发,但核电站在运行过程中不可避免会产生一系列高放射性核废物,若处置不当则将造成环境污染,甚至威胁公民健康。为解决上述问题,我国开展粘土岩高放处置库选址工作。通过对南八仙、陇东、塔木素、苏宏图预选区基本特征对比评价,并结合专家论证,结果表明塔木素和苏宏图两个预选区为最有利的预选区。本文以塔木素预选区区域地质条件为研究对象,结合资料整理、野外地质调查、粘土岩薄片鉴定、Mapgis制图、物探解译等方法手段,重点研究了塔木素预选区地层、区域断裂构造及岩浆岩等条件,同时对预选区水文地质、自然地理等条件进行搜集整合,最后参照粘土岩处置库选址技术准则(草案)进行评价,研究表明:
  (1)塔木素预选区区域构造环境稳定。巴音戈壁盆地位于天山地槽褶皱系与华北地台的过渡部位,内部分为五个相对独立的坳陷。盆地地层由前白垩纪地层(基底)和早白垩世至第四纪地层(盖层)组成。盆地内断裂构造主要分布于各坳陷边缘与隆起带附近,控制了盆地的沉积格局。盆地岩浆岩从加里东期至燕山期均有活动,广泛分布于盆地中各坳陷的基底及周边,由于坳陷内盖层沉积厚度大,岩浆岩仅零星可见。
  (2)预选区粘土岩地质条件良好。预选区内巴音戈壁组上段粘土岩分布范围广泛,呈北东-南西向展布,地层厚度分布具有南北分带、东西分区的特点:南、北两侧厚度较小,向中部过渡粘土岩厚度逐渐增大;由西向东厚度逐渐增大,最厚为0~320m,地层埋深总体大于400m,预选区西部埋深较浅,东部埋深大。粘土岩产状平缓,延伸范围大。预选区内断裂构造发育程度一般,岩浆岩零星分布。
  (3)预选区内地表水系不发育。区内地下水根据区域地层岩性组合及其赋存特征划分为基岩裂隙水、松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水。基岩裂隙水主要分布于预选区北缘,补给主要来自大气降水,径流条件差,通过沟谷排泄,为盆地内承压水提供补给。松散岩类孔隙水主要赋存于第四系风成砂、松散砂砾中,补给主要来自大气降水及基岩裂隙水,向低洼处汇集。碎屑岩类裂隙孔隙水为区内主要地下水,以大气降水及前两类地下水为补给,径流途径长,部分进入深地下水循环,一部分沿构造排泄到地表。
  (4)预选区粘土岩主要由高岭石、伊利石、方沸石、白云石、长石、黄铁矿及碎屑矿物组成。其中高岭石、伊利石、方沸石等矿物通过对放射性核素进行物理、化学吸附,能够有效减缓核素的迁移。
  (5)预选区地形稳定,交通便利,利于高放废物输送。预选区干旱少雨,水系、植被不发育,无洪涝隐患。预选区人口密度极小,无重要城镇,景区等,经济落后,处置库选址及建设对当地社会经济发展无重大影响。
  (6)初步评价结果表明:塔木素预选区区域地质条件较为理想,各方面条件均基本符合我国粘土岩处置库选址技术准则(草案)。
[硕士论文] 邱腾
核能与核技术工程 成都理工大学 2017(学位年度)
摘要:地质处置核废物中核素迁移行为研究是关乎核废物安全处置的一个重要内容,能为废物处置库选址提供有效的参考依据,对于人类社会与生态环境保护具有十分重要的意义。目前针对核素在介质中迁移行为的研究大都以地下水为迁移动力,侧重考虑水溶液化学与元素地球化学行为,上升地气流对地质处置后的核素迁移作用则还无人研究,地气流对深部物质迁移作用是长期、稳定的,对于长久处置于深部地下的高放废物,其持续累积效应不可忽视。本文结合计算流体力学模拟软件—Fluent对地气作用下地质处置核废物中核素迁移行为规律进行研究,旨在从一个新的角度为处置库环境的安全性进行评价,为进一步开展气体为载体的核素迁移行为研究提供一定的参考价值。
  本文将模拟与实验相结合,针对核素迁移过程中较关注的核素释放、在介质中的迁移与吸附滞留问题进行了研究:
  (1)通过铅锌矿中U迁移实验,分析了影响U释放的关键因素,推导出了U在包裹体中的饱和释放率与释放比公式。
  (2)通过模拟土柱实验,对U3O8微粒在近场介质通道内的运动轨迹、速度分布与整个流场的传热效应和压力分布进行了分析。
  (3)通过模拟多组对比实验,对U在远场迁移中的多个影响因素进行了分析。
  (4)以气固吸附理论为基础,对U与地气流组成的类气流场在土壤与花岗岩介质中的吸附规律进行了研究。
  得出了如下创新性的研究成果:
  (1)U在包裹体中的饱和释放量与采样片中U浓度和模型总体积成正比,与采样片采集效率和采样时间成反比。
  (2)针对U的近场迁移行为研究建立了饱和吸附介质通道中的DPM模型。在不考虑壁面吸附的情况下,U3O8微粒在近场介质通道内运动受流场气流运动影响,从气流影响因素与微粒受力角度分析得出U3O8微粒在介质中滞留主要受介质颗粒粒径、介质物理结构以及模型尺寸等因素影响。
  (3)针对U的远场迁移行为研究建立了流体在多孔介质中流动模型。U在地质体中的迁移量主要受矿体深度、矿体品位以及上方介质围岩物理属性不同(颗粒粒径,密度,孔径)等因素影响,位于较深部矿体处由于地气流速更大,迁移动力更足;品位大的矿体中U3O8的释放量更多,因此在相同时间内有更多的U3O8富集在地表;围岩介质中颗粒粒径小的,密度小的其内部比表面积大,因此相同体积的介质能吸附更多地U3O8微粒。
  (4)U3O8微粒与地气流组成的类气流在土壤介质中的吸附属于BET多分子层吸附,在花岗岩介质中的吸附属于Langmuir单分子层吸附,对于相同温度下的吸附,压力越大吸附量越多(未达到饱和吸附之前),多分子层吸附中当c值很大且系统压力较低时,多分子层吸附会退化成单分子层吸附。
  (5)结合地气流中U的近场迁移与远场迁移模拟,可以为处置库回填材料、处置库围岩选定提供一定的参考意见。处置库应选择颗粒粒径较小,密度较小,孔隙尺寸稍大的材料作为回填材料,此类材料对地气流中的核素有较好的吸附作用;处置库应该尽量处置于颗粒粒径较大,结构致密的深部岩体中,此类岩体对地气流中的核素能起到很好的阻滞作用。
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