【摘要】：地質(zhì)處置核廢物中核素遷移行為研究是關(guān)乎核廢物安全處置的一個(gè)重要內(nèi)容,能為廢物處置庫(kù)選址提供有效的參考依據(jù),對(duì)于人類社會(huì)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。目前針對(duì)核素在介質(zhì)中遷移行為的研究大都以地下水為遷移動(dòng)力,側(cè)重考慮水溶液化學(xué)與元素地球化學(xué)行為,上升地氣流對(duì)地質(zhì)處置后的核素遷移作用則還無(wú)人研究,地氣流對(duì)深部物質(zhì)遷移作用是長(zhǎng)期、穩(wěn)定的,對(duì)于長(zhǎng)久處置于深部地下的高放廢物,其持續(xù)累積效應(yīng)不可忽視。本文結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件—Fluent對(duì)地氣作用下地質(zhì)處置核廢物中核素遷移行為規(guī)律進(jìn)行研究,旨在從一個(gè)新的角度為處置庫(kù)環(huán)境的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià),為進(jìn)一步開(kāi)展氣體為載體的核素遷移行為研究提供一定的參考價(jià)值。本文將模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,針對(duì)核素遷移過(guò)程中較關(guān)注的核素釋放、在介質(zhì)中的遷移與吸附滯留問(wèn)題進(jìn)行了研究:(1)通過(guò)鉛鋅礦中U遷移實(shí)驗(yàn),分析了影響U釋放的關(guān)鍵因素,推導(dǎo)出了U在包裹體中的飽和釋放率與釋放比公式。(2)通過(guò)模擬土柱實(shí)驗(yàn),對(duì)U_3O_8微粒在近場(chǎng)介質(zhì)通道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度分布與整個(gè)流場(chǎng)的傳熱效應(yīng)和壓力分布進(jìn)行了分析。(3)通過(guò)模擬多組對(duì)比實(shí)驗(yàn),對(duì)U在遠(yuǎn)場(chǎng)遷移中的多個(gè)影響因素進(jìn)行了分析。(4)以氣固吸附理論為基礎(chǔ),對(duì)U與地氣流組成的類氣流場(chǎng)在土壤與花崗巖介質(zhì)中的吸附規(guī)律進(jìn)行了研究。得出了如下創(chuàng)新性的研究成果:(1)U在包裹體中的飽和釋放量與采樣片中U濃度和模型總體積成正比,與采樣片采集效率和采樣時(shí)間成反比。(2)針對(duì)U的近場(chǎng)遷移行為研究建立了飽和吸附介質(zhì)通道中的DPM模型。在不考慮壁面吸附的情況下,U_3O_8微粒在近場(chǎng)介質(zhì)通道內(nèi)運(yùn)動(dòng)受流場(chǎng)氣流運(yùn)動(dòng)影響,從氣流影響因素與微粒受力角度分析得出U_3O_8微粒在介質(zhì)中滯留主要受介質(zhì)顆粒粒徑、介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)以及模型尺寸等因素影響。(3)針對(duì)U的遠(yuǎn)場(chǎng)遷移行為研究建立了流體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)模型。U在地質(zhì)體中的遷移量主要受礦體深度、礦體品位以及上方介質(zhì)圍巖物理屬性不同(顆粒粒徑,密度,孔徑)等因素影響,位于較深部礦體處由于地氣流速更大,遷移動(dòng)力更足;品位大的礦體中U_3O_8的釋放量更多,因此在相同時(shí)間內(nèi)有更多的U_3O_8富集在地表;圍巖介質(zhì)中顆粒粒徑小的,密度小的其內(nèi)部比表面積大,因此相同體積的介質(zhì)能吸附更多地U_3O_8微粒。(4)U_3O_8微粒與地氣流組成的類氣流在土壤介質(zhì)中的吸附屬于BET多分子層吸附,在花崗巖介質(zhì)中的吸附屬于Langmuir單分子層吸附,對(duì)于相同溫度下的吸附,壓力越大吸附量越多(未達(dá)到飽和吸附之前),多分子層吸附中當(dāng)c值很大且系統(tǒng)壓力較低時(shí),多分子層吸附會(huì)退化成單分子層吸附。(5)結(jié)合地氣流中U的近場(chǎng)遷移與遠(yuǎn)場(chǎng)遷移模擬,可以為處置庫(kù)回填材料、處置庫(kù)圍巖選定提供一定的參考意見(jiàn)。處置庫(kù)應(yīng)選擇顆粒粒徑較小,密度較小,孔隙尺寸稍大的材料作為回填材料,此類材料對(duì)地氣流中的核素有較好的吸附作用;處置庫(kù)應(yīng)該盡量處置于顆粒粒徑較大,結(jié)構(gòu)致密的深部巖體中,此類巖體對(duì)地氣流中的核素能起到很好的阻滯作用。
【圖文】：

第 3 章 U 的近場(chǎng)遷移模擬核素的近場(chǎng)遷移指的是核素在地質(zhì)處置庫(kù)內(nèi)的遷移，包括從包裹體中釋放以及在回填材料等工程屏障中遷移，本文將實(shí)驗(yàn)室模型近似看作地質(zhì)處置庫(kù)，分別通過(guò) U 在鉛鋅礦中遷移實(shí)驗(yàn)分析了 U 從包裹體中的釋放規(guī)律并以土柱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槟M模型，分析了 U 在介質(zhì)通道內(nèi)的遷移特性。3.1 鉛鋅礦中 U 的遷移實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)選取湖南某礦區(qū)兩組鉛鋅礦石與對(duì)應(yīng)上方圍巖，進(jìn)行了 4 組對(duì)比上升氣流實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象依次為 X 礦，X 礦加圍巖，Y 礦，Y 礦加圍巖。實(shí)驗(yàn)中礦石質(zhì)量均為 1300g，圍巖質(zhì)量均為 700g。將礦體與圍巖打碎放置于管徑 16cm 的PVC 管底，并對(duì)其進(jìn)行加熱，溫度為 60℃（根據(jù)地溫增溫率，，設(shè)定約地下 1000m處的溫度），管高 50cm，在頂部用采樣片進(jìn)行采集。模型如圖 3-1，圖 3-2 所示，圍巖礦體與圍巖中 U 初始含量如下表 3-1 所示：

第 3 章 U 的近場(chǎng)遷移模擬核素的近場(chǎng)遷移指的是核素在地質(zhì)處置庫(kù)內(nèi)的遷移，包括從包裹體中釋放以及在回填材料等工程屏障中遷移，本文將實(shí)驗(yàn)室模型近似看作地質(zhì)處置庫(kù)，分別通過(guò) U 在鉛鋅礦中遷移實(shí)驗(yàn)分析了 U 從包裹體中的釋放規(guī)律并以土柱實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槟M模型，分析了 U 在介質(zhì)通道內(nèi)的遷移特性。3.1 鉛鋅礦中 U 的遷移實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)選取湖南某礦區(qū)兩組鉛鋅礦石與對(duì)應(yīng)上方圍巖，進(jìn)行了 4 組對(duì)比上升氣流實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象依次為 X 礦，X 礦加圍巖，Y 礦，Y 礦加圍巖。實(shí)驗(yàn)中礦石質(zhì)量均為 1300g，圍巖質(zhì)量均為 700g。將礦體與圍巖打碎放置于管徑 16cm 的PVC 管底，并對(duì)其進(jìn)行加熱，溫度為 60℃（根據(jù)地溫增溫率，設(shè)定約地下 1000m處的溫度），管高 50cm，在頂部用采樣片進(jìn)行采集。模型如圖 3-1，圖 3-2 所示，圍巖礦體與圍巖中 U 初始含量如下表 3-1 所示：
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL942

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2697482