高放废物地质处置库花岗岩体预选研究

简要介绍了应用遥感技术结合地质研究,优选高放废物地质处置库花岗岩体的思路和方法。以北山外围地区为例,通过遥感数据处理,遥感影像解译,岩体地质特征分析,岩体预选准则的建立,在野外勘查的基础上,预选了若干有利的花岗岩体。为优选高放废物地质处置库场址提供决策依据。     

世界高放废物地质处置库选址研究概况及国内进展

高放废物是核能事业发展的必然产物。它的安全处置是核能事业持续发展的前提 ,已受到世界各国的高度重视。文中阐述了高放废物深地质处置的一般概念。同时重点介绍了世界上一些国家处置库选址研究的主要内容和研究进展 ,例如 ,美国把处置库建造过程分为场地推荐、场地的特征评价、处置库场地的选择和批准、领取场地执照和处置库建造设计的审批、处置库的建造 5个阶段 ;德国的选址研究工作包括地电和地热研究 ,重力、地震、地球化学、水文地质、同位素地球化学及微生物研究等 ;瑞典在花岗岩中建成了地下实验室 ,并制定了实验室的总体研究目标等等。另外也介绍了中国在甘肃省北山进行的高放废物地质处置库选址工作的情况 ,研究表明北山地区为一地壳稳定区 ,也是地下水贫水区且地下水流速缓慢 ,有利于处置库的建造 ,进一步的地面地质、水文地质勘察工作及钻探工程工作正在进行中。伴随着这些工作的完成 ,中国将大大缩短在高放废物地质处置研究方面与发达国家的距离。     

高放废物地质处置中的工程材料

凡人类从事于与核材料有关的许多生产、生活活动均可能产生不同活度的放射性废物。高放废物由于具有放射性水平高、发热量大、核素寿命长等特点,其安全处置倍受全球科学家和广大公众所重视。目前深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法。借鉴已有研究成果,我国采用多重工程屏障系统(包括废物固化体、废物罐及其外包装和缓冲/回填材料)和适宜的地质围岩地质体共同作用来确保高放废物与生物圈的安全隔离。参照国际上该领域的研究成果,结合我国处置概念,本文就高放废物地质处置中的工程材料(废物固化体、废物罐、外包装、缓冲材料、回填材料),以及其材料选择、设计要求和研究重点等进行了总结。     

高放废物地质处置研究中的矿物学问题

在高放废物地质处置研究中的一些矿物学问题应引起矿物学家的注意 。高放废物地 质处置库的缓冲/回填材料是选择以钠质蒙脱石为主要成分的钠基膨润土,还是以钙质蒙脱 石为主的钙基膨润土?怎样选择对99Tc、129I有较好吸附能力的硒汞矿、脆 硫锑铅矿和辉锑矿的替代物来作缓冲/回填材料中的添加剂,以能阻滞99Tc和129 I的迁移?沸石对某些放射性核素的吸附特征也需进一步研究。     

高放废物深地质处置缓冲/回填材料研究进展

综述了高放废物深地质处置库缓冲／回填材料的作用和性能要求。介绍了缓冲／回填材料在透水性、热性质、膨胀性等方面已取得了的成果和新进展。最后简述了缓冲／回填材料研究的发展趋势。     

高放废物地质处置库选址中的水文地质调查

本文根据国内外研究经验,讨论了高放废物地质处置库选址中水文地质调查的目的、过程、方法和作用,同时对水文地质参数的获取进行了阐述,旨在为今后研究工作提供参考。     

高放废物深地质处置及国内研究进展

核能在产生电力造福社会的同时 ,也留下了放射性废物。我们有责任对这些废物实施安全和正确的管理。本文阐述了高放废物深地质处置的一般概念及处置库选址研究中的若干问题 ,同时介绍了国内高放废物深地质处置研究的进展.     

高放废物地质处置库的特点及其结构型式

总结了高放废物地质处置库在系统组成、经费投入、时间跨度、功能要求、评价目标、作用营力、影响范围、工程数量、工程布局、工程逆转和社会影响等方面有别于一般深部岩石地下工程的特点.以美国、瑞典、日本、比利时、法国的处置库概念设计为例,介绍了各国处置库的结构型式,比较了其异同点,并对我国的处置库概念设计提出了初步建议.     

中国高放废物地质处置缓冲材料大型试验台架和热-水-力-化学耦合性能研究

缓冲材料作为高放废物深地质处置库中一道重要的人工屏障,与高放废物容器和处置库围岩直接接触,在高放废物衰变热、辐射作用和地下水等影响下产生复杂的热-水-力-化学耦合作用,为了验证缓冲材料是否能长期有效地发挥其屏障材料的作用,核工业北京地质研究院利用高庙子钠基膨润土组装并运行了模拟中国高放废物地质处置室 尺寸的大型缓冲材料膨润土试验台架（China-Mock-Up）。建立了缓冲材料试验台架的安装和试验方法,依据实测数据和理论分析,揭示了热-水-力-化学耦合作用条件下膨润土中的相对湿度是在加热器的热效应和外部供水的湿效应共同作用下发生变化的,压实膨润土中应力的变化主要是由于膨润土遇水膨胀和加热器的热效应引起的,试验验证了模拟高放废物地质处置室内加热器（废物罐）运行初期的位移过程,为缓冲材料和高放废物地质处置库的设计提供了重要的工程参数和理论依据。     

MapGIS在东天山高放废物地质处置库选址中的应用

根据高放废物选址的要求,利用MapGIS对东天山地区不同时代岩体的空间位置、分布形态、出露面积,以及岩体与断裂构造、地震和矿床点等的空间关系进行了研究,对海量资料信息进行分析处理,可起到事倍功半的效果。利用MapGIS分析结果,初步筛选出阿奇山1号岩体、雅满苏北岩体作为高放废物地质处置库选址的有利岩体。     

高效废物处置库的混合型缓冲回填材料压缩特性研究

高放废物处置库中缓冲回填材料需要预先压缩到一定密实度,其压缩特性对处置库的安全设计、施工及运营有重要影响。目前,国内初步考虑将膨润土-砂混合物作为缓冲回填材料的首选。采用WG型单杠杆固结仪,对不同干密度、掺砂率的膨润土-砂混合物进行侧限压缩试验研究。试验结果表明：随着干密度的增大,压缩系数呈二次曲线减小;随着掺砂率的增大,压缩系数呈非线性增大。通过引入有效黏土密度和有效含水率的概念,对不同干密度、掺砂率的膨润土-砂混合物的压缩系数进行解释,并根据试验数据得到了回归的数学模型,试图为缓冲回填材料的配比优化研究提供相关依据。     

高放废物深地质处置中的多场耦合与核素迁移

概括了深地下工程的深地质处置库的若干特点,简要介绍了多场耦合的机理与类型,论述了高放废物深地质处置多场耦合与核素迁移问题的特点及研究现状,最后提出了高放废物深地质处置多场耦合与核素迁移所需研究的主要问题。     

高放废物处置北山预选区地表岩体结构与岩体质量相关性及其应用研究

岩体工程质量是影响高放废物地质处置（HLW）工程长期稳定性和安全性的关键因素,也是处置库场址比选的重要依据。在地表岩体节理调查统计的基础上,采用RMR(relative metabolic rate)分级方案,探讨北山高放废物处置预选区内以花岗岩为主体围岩的岩体质量与岩体结构的对应特征,建立结构面间距D与RMR岩体质量总评分值之间的定量关系,对北山预选区芨芨槽地表岩体质量分布进行研究。研究结果表明,RMR与D值的点群分布具有扇形发散的正相关特征,随D值的增大,RMR亦呈增长趋势,但低级序岩体结构与岩体质量比高级序岩体表现出更好的对应关系。研究认为,选用RMR与D的点群中心线对应的线性方程评价花岗岩候选区的岩体质量可达到快速评价岩体质量、查明各级岩体空间分布特征的目的,同时也便于对不同候选场区进行大范围岩体质量对比。分析结果显示,北山芨芨槽预选地段BS16钻孔周边3 km2范围内主要以Ⅰ、Ⅱ级岩体为主,岩体质量总体较好且分布相对较为均匀。     

高放射性核废物深地质处置的环境问题

基于“多重屏障原理”的深地质处置是国内外公认的处置高放射性核废物的合适方法。本文从处置库建造与运行对环境的影响及环境对处置库反作用两方面探讨高放废物深地质处置中涉及的有关环境问题,并指出为确保处置库的长期安全性,必须特别注重选址及多因素耦合作用研究。     

高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述

开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识：（1）深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;（2）不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;（3）考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC（温度场—渗流场—应力场—化学场）过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有：Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;（4）指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;（5）针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。     

我国高放废物地质处置库场址筛选总体技术思路探讨

综合对比瑞典、加拿大、芬兰和美国等国高放废物地质处置库场址筛选技术思路,分析国外高放废物地质处置库场址筛选过程中取得的经验、教训,总结了我国处置库选址工作取得的成果和存在的问题。在综合研究基础上,分析提出我国高放废物地质处置库场址筛选总体技术思路,包括应遵循的原则、工作范围、目标和总体技术步骤等,以利于今后处置库选址工作更系统、规范和统一。     

混合型缓冲材料砌块渗透性及其各向异性研究

缓冲材料砌块具备良好的防渗性能,是保证高放废物处置库封闭性的关键。缓冲材料砌块经单轴加载挤压成型,块体尺寸大,测试与评价其渗透性能的均匀性和各向异性,对缓冲屏障设计具有重要价值。研究制备不同干密度的混合型缓冲材料砌块,定向切割获得砌块内部不同位置、不同方向的小试样,开展刚性壁和柔性壁渗透试验,综合评价了混合型缓冲砌块不同方向的水力传导系数。研究结果表明：砌块干密度越大,砌块的水力传导系数越低。所有砌块的水力传导系数均处于10?10 cm/s数量级,沿砌块z、?、r方向的水力传导系数基本相等,表明砌块渗透性具有良好的均匀性和各向同性,且满足高放缓冲材料防渗要求。两种试验方法获得的渗透结果差异较小,柔性壁渗透条件下砌块产生10%～20%的体积膨胀,导致其水力传导系数略大于刚性壁下的平行试样。引入CT试验,分析了渗透前后砌块的微观特性变化。试验证实,在饱和渗透之后,以CT值显示的砌块密度分布趋于均匀,砌块内部存在的微裂隙愈合消失。     

新疆地区选建高放射性核废物处置库的可能性

高放废物选址是一项万年大计工程,需要多个预选场地的综合比较,决策废物处置库的具体选建场地。论述了高放废物处置库选址过程中需要考虑的主要问题,然后针对新疆的自然环境,水资源、花岗岩体和缓冲/回填材料的分布,以及区域地壳稳定性等因素,讨论了在新疆选建高放废物地质处置库的可能性,并提出了选址方法。