核素在包氣帶中遷移的數(shù)值模擬研究.pdf

1、近幾十年，核工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，但在此同時，又給人們提出了一個更加嚴(yán)峻而且急需解決的問題：如何安全，經(jīng)濟(jì)，有效的處置“核廢物”！目前，對于低，中放廢物的安全處置已經(jīng)有了較成熟的技術(shù)，而高放廢物由于其含有強(qiáng)毒性，長半衰期的放射性核素，仍沒有一個國家能將其成功的安全處置。目前高放廢物處置普遍接受的可行性方案是深地質(zhì)處置，即將高放廢物埋在幾百米厚的包氣帶中，使其與人類生存環(huán)境永久的隔離開來。239Pu屬于超鈾核素，是高放廢物中核素的成員之一。

2、研究其在包氣帶中的遷移規(guī)律具有重要意義。
　　 本文深入分析了國內(nèi)外已有的研究成果，在多孔介質(zhì)流體動力學(xué)和水分溶質(zhì)運移理論的基礎(chǔ)上，利用Ku-pF實驗和自行研制的土柱實驗，測定了包氣帶的土壤水分特征參數(shù)，建立了核素在包氣帶中遷移的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實際情況確定不同的模擬方案，運用HYDRUS-1D軟件對核素239Pu在包氣帶中的遷移進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得了239Pu在包氣帶中的遷移的一些規(guī)律。如下：
　　 1.通過室內(nèi)土柱實驗

3、和Ku-pF非飽和導(dǎo)水率測量實驗的結(jié)果表明，相同擾動土樣在不同尺度下測定的包氣帶水分特征參數(shù)具有一致性。
　　 2.包氣帶中的水分運移研究是核素遷移研究的基礎(chǔ)。進(jìn)行水分運移研究，能為核素遷移研究提供必要的土壤水分特征參數(shù)。核素的遷移速度和水分的運移速度是成正比的。包氣帶淺層水分分布和運移情況明顯受到地表降雨蒸發(fā)的影響。在干旱的以砂質(zhì)粘土為主的大厚度包氣帶中，孔隙水的流速很小，穩(wěn)定時刻的孔隙水流速的數(shù)量級為10-4m/d?？紫端?/p>

4、速如此之小，使分子擴(kuò)散作用加強(qiáng)。因此，盡管包氣帶中的平均流速是向下的，但由于核素的分子擴(kuò)散作用，使核素出現(xiàn)了向周圍遷移的現(xiàn)象。在厚度大而降雨量少的干旱包氣帶中存在水分運移的基本穩(wěn)定帶。
　　 3.三種情景下模擬結(jié)果對比表明：該研究區(qū)包氣帶對239Pu具有強(qiáng)烈的滯留能力?；厩榫跋聲r，包氣帶中239Pu的濃度峰值在20000年后仍沒有向下遷移。核素239Pu在包氣帶中的遷移速度呈現(xiàn)非均勻性。有一小部分核素遷移速度較快。雖然只有很小

5、一部分核素遷移較快，但是在核廢物處置的安全研究中是不容忽視的，要給予足夠的重視。降雨入滲量是影響核素239Pu向下遷移速度和垂向擴(kuò)散速度的主要因素。降雨入滲量大，則核素239Pu向下遷移速度快，降雨入滲量小，則核素239Pu向下遷移速度慢。
　　 4.核素在三種介質(zhì)中遷移的模擬結(jié)果對比表明：在相同的上邊界條件下，水在砂質(zhì)粘土中的遷移較慢，砂質(zhì)壤土次之，在壤質(zhì)砂土中遷移最快。核素遷移的速度和水分是呈正比的。因此，砂質(zhì)粘土對核素23