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核废料地下处置过程中相关动力学问题及控制措施

添加时间:2024-03-31

但随之而来的是核电站运行产生的大量垃圾——高、中、低放射性废物。 这类高放射性核废料的简称:HLW有两个特点:一是含有长寿命放射性核素,比放射性非常高,有的半衰期甚至长达数万年;二是含有高放射性核废料。 其次,在很长一段时间内仍会产生约200至300,200种放射性核素。 。 因此,核废料处置的长期安全性及其对地质环境和生物圈的长期影响是全世界关注和关注的问题。 在核废料地下处置过程中,放射性同位素的应力场和水的渗流场也发挥着重要作用; 同时,地下水作为一种环境因素,对岩体的物理力学性质和热对流传输有着重要的影响; 此外,一方面,它们分别在控制热传导和地下水渗流方面发挥着重要作用。 此外,岩石节理表面的矿物沉积对其水的电导率有很大影响,矿物化学反应也对岩石的力学性质有很大影响。 三者相互关联、相互制约的本质是由三个领域的耦合作用造成的。 因此,定性分析核废料地下处置过程的动力学机制对于定量研究至关重要。 影响核废物的动态因素及其力学机制. 从核废料深部地质处置的角度来看,核废料储存库的围岩存在于一定的物理地质环境中。 温度场水学(缩写:THM)是岩体的物理地质环境。 三个重要组成部分; 从系统角度来看,围岩THM耦合是子系统之间相互作用的必然结果。 交互如图所示。 温度场与应力场的耦合机制。 大量工程实践和理论研究表明,岩石土体中渗流场对温度场影响的机理分析。 在单侧热传导情况下,当岩体内部存在渗流时,热流qw 包括两部分。 一部分是由于岩体本身的热传导,另一部分是渗流夹带的。 热。

因此,热流就是温度; Cw为水的比热; 为渗流速度; Χ 为岩体的导热系数; 是热传导方向(坐标轴)。 因此,单位时间内流入单位体积的净热量为: 温度场与应力场在一定程度上存在耦合效应,主要表现在:当温度场发生变化时,与温度相关的固体性质发生变化。如岩石的导热系数、比热容、导热系数等热物理参数也会发生变化。 研究表明,岩石的导热系数随着温度的升高而降低,而比热容和导热系数则随着温度的升高而增大; 同时,温度变化会使岩土产生热应力,从而诱发热应变; 当应力场发生变化时,与固体变形相关的热性质会发生变化,同时还会出现固体的内部耗散、机械能转换等。实际上,温度场对应力场的影响也是体现在温度的变化会导致孔隙流体压力较大的变应力场发生变化。 利用线性化热弹性理论研究岩石的热弹性效应,结合岩石温度扩散方程,可以定量研究温度场与应力场的耦合问题。 渗流场与应力场耦合机制。 岩体裂隙渗流的特点是渗流沿裂隙网络定向流动表现出明显的不均匀性和各向异性。 这就决定了岩体裂隙网络渗流与应力耦合机制不同于(等效)连续介质渗流与应力耦合机制。 岩体裂隙网络渗流对岩体应力的影响是渗流水对裂隙壁施加法向渗流压力和切向曳力。 tv5x5x5x5x 此热量必须等于单位时间内岩体温度升高所吸收的热量。 5x5x5x5x 是岩体。 身体的比热; Χ 为岩体的承载力。

5T5x5TCw5t5x5x轴方向分量; 其它符号含义同前。 切线关系; 渗流速度越大,对温度场的影响越大。 渗流速度场的分布通过渗流场中水头的分布反映了岩体渗流场对温度场的影响。 岩体的渗透系数不仅是岩体介质特性的函数,也是表征流体流经岩体介质的特征函数。 岩体的渗透系数与流体的运动粘度系数成反比。 01775f(10337T000221T 为裂缝内充填材料 裂缝未充填时,孔隙率沿裂缝水头分布;为渗流水力坡度。采用有限元数值方法计算时,渗流压力和拖曳力可换算成等效节点荷载。应力对裂缝渗流的影响,是通过岩体的应力来改变各裂缝的宽度。采用有限元数值方法计算时,节理单元各节点的位移应力后可计算出各裂缝的宽度(或等效间隙宽度)的变化以及5x引起的渗流由上述分析可知,岩体的渗透系数张量:ij条件和社会条件。也是温度(即水温)的函数,温度场通过影响岩体的渗透系数来影响渗流场的分布,这是温度场对渗流场影响的一方面。 另一方面,温差本身形成的温度势梯度也会引起水的流动。 由于温度势本身是一个较为复杂的问题,温度对水流运动的影响目前对于处置场的影响只能采用温度梯度的经验表达式:岩性、工程地质性质、水文地质性质、岩石和矿物的地球化学性质及其处置场主岩的热力学性质至关重要。

目前,各国选定的主要岩石为花岗岩、玄武岩、蒸发岩和沉积岩等。 各国应根据本国国情选择不同岩层作为核废物处置场的主要岩石。 选择合理的堆放场地,即选择主岩抗应力高、耐高温、渗透率低的处置场地。 选择致密的岩石,会使式子变小,渗流水流中岩体的比热C,岩体的容量X相应增大,从而大大增加了岩石的蓄热量,使岩石高温下不被破坏。 废物技术处理 为了更安全、更长久地掩埋核废物,核废液首先通过填充特殊物质的玻璃分馏塔。 随后,燃烧分馏塔以获得单块浓缩放射性核素。 中子轰击导致核素转变成稳定元素。 迫使它们分裂成安全物质或半衰期短的放射性原子。 这种材料采用先进的陶瓷材料,与放射性废物熔合后,可以将废物密封在岩石的晶体结构中。 它具有化学惰性,即使在地表深处的高温环境下也能防止泄漏。 。 最后放入高强度混凝土容器中。 这种混凝土在高温下变形小、抗渗透能力强、耐高温、隔热。 然后将其放入深井中永久储存。 这些技术处理可以降低岩石周围的温度,降低水对岩石的渗透性。 可见,温度的变化影响流体的运动粘度系数,而岩体的渗透系数与流体的运动粘度系数成反比,因此温度场发生变化。 变化最终影响渗流场的分布。 从公式可以看出,温度梯度5Tf5x变化,引起水流量qr变化。

多重屏障保护系统 多重屏障保护系统旨在允许核素迁移到多层人工和天然屏障介质中,使辐射强度在接近生物圈边界后衰减到安全范围。 重型屏障保护系统是目前国际上采用最广泛的。 金属或混凝土qr是温度梯度引起的水流; 为水流在温差作用下的扩散率; 5T ▪5x 为温度梯度。推广到三维情况,代入渗流连续方程,可得温度影响下岩体渗流场的基本方程: 5H 为时间坐标; 可以看出岩体渗流场水头分布

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