高放废物处置库甘肃北山预选区水文地质特征方法学研究

总结了 1996年至 2000年开展的甘肃北山地区区域水文地质调查研究成果。研究中从北山地区水文地质、水文地球化学、地下水同位素、腐殖酸调查入手,重点评价了研究区的含水介质特征、水文地球化学及地下水同位素特征。在大量资料综合分析的基础上,综合论述了研究区分区水文地质条件、地下水循环交替特征、地下水动力学和化学特征,并通过地下水流动状态的计算机模拟,水文地球化学以及水-岩-核废物间相互作用的计算机模拟,首次综合评价了北山地区作为我国高放废物处置库场址的可行性。研究成果全面、深刻展示了北山地区弱含水、低渗透、低流速的水文地质特征及偏碱性、高矿化的地下水化学特征,为在该区预选最适宜的高放废物处置库场址提供了评价依据。     

高放废物处置库野马泉预选场址地下水放射性同位素特征

甘肃北山野马泉地区是我国高放废物处置库预选场址之一.文章阐述高放废物处置库天然类比研究的主要内容,并阐述类比研究中涉及的地球化学问题.以野马泉岩体为例,研究地下水铀、钍含量及放射性特征、铀同位素特征.初步认为,在当地的地质、水文地质等环境条件下,铀的迁移能力有限,迁移距离较小.这一认识为预选场址评价提供了重要的信息和依据.?＃     

高放废物处置库北山预选区区域水文地质概念模型

地下水流数值模拟是高放废物处置库选址中水文地质评价的重要内容。水文地质概念模型是地下水流数值模拟的基础和前提。在北山预选区水文地质分析基础上,利用DEM数据生成了研究区地表水系,据此确定了模拟范围;借助GMS软件,建立了研究区三维水文地质结构模型;再通过边界条件、流场特征、地下水均衡项和水文地质参数的分析和描述,建立了北山地区水文地质概念模型。     

中国高放废物地质处置21世纪进展

21世纪近20年，我国高放废物深地质处置进入了一稳步发展的新阶段，在法律法规、技术标准、战略规划、选址和场址评价、工程屏障研究、处置库和地下实验室概念设计、核素迁移和安全评价研究等方面取得了显著进展。其主要亮点包括颁布了《中华人民共和国放射性污染防治法》和《中华人民共和国核安全法》，制定了《高放废物地质处置研究开发规划指南》，颁布了《高放废物地质处置设施选址》核安全导则，确定了2020年前开工建设地下实验室、2050年建成高放废物处置库的目标，甘肃北山预选区被确定为我国高放废物地质处置库首选预选区，建立了场址评价方法技术体系，确定了内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料，建立了我国首台缓冲回填材料热 水-力-化学耦合条件下特性研究大型实验台架（China-Mock-Up），获得了一批关键放射性核素的迁移行为数据，开展了初步的安全评价，完成了地下实验室安全技术研究。确定甘肃北山的新场为我国高放废物地质处置地下实验室的场址。2019年5月6日，国家国防科工局批复中国北山高放废物地质处置地下实验室工程建设立项建议书，标志着我国高放废物地质处置正式进入地下实验室阶段。这一系列工作进展和取得的成绩为我国2020年开工建设地下实验室、掌握高放废物地质处置技术奠定了坚实的基础。     

我国高放废物地质处置研究

文章提出我国高放废物地质处置拟采用处置库选址和场址评价-特定场址地下实验室-处置库“三步曲”式技术路线。计划目标是于2030∽2040年前后建成我国的高放废物地质处置库。处置对象是玻璃固化块、超铀废物和部分乏燃料，处置库为竖井-坑道型，候选围岩为花岗岩，位于饱和带中。已初步选定甘肃北山地区为重点预选区。该区地处戈壁，地壳稳定，人烟稀少，地质条件和水文地质条件有利。现已试验获取预选区大量深部地质环境参数。确定使用膨润土作为处置库的回填材料，已获得一批放射性核素在花岗岩和膨润土中的吸附、扩散数据，建立了模拟处置库温度、压力和氧化还原条件的实验装置。高放废物地质处置场址评价、放射性核素地球化学行为、回填材料研究和环境评价研究正在深入进行，并与国际原子能机构等进行了卓有成效的合作。     

高放废物地质处置库预选场址水文地质研究进展

深地质处置是目前国际上普遍接受的高放废物最终处置方案。对于这种处置方案而言，最有可能使处置库系统中放射性核素释放并进入生物圈的机制是地下水的作用。本文阐述了这种地下水的作用，包括地下水与工程屏障的相互作用、地下水在地质屏障中的核素迁移作用及核素滞留作用；介绍了处置库场址评价中水文地质研究的国际进展和动向；重点介绍了我国高放废物处置库预选场址水文地质研究进程和概况。     

高放废物处置区域尺度岩体适宜性评价研究

岩体适宜性评价是高放废物处置库选址和设计的重要工作内容,以判断场址岩体是否满足处置库长期包容和隔离核素的功能要求。依据我国的高放废物处置概念和场址条件,提出了Q_HLW岩体适宜性评价方法,但目前Q_HLW在场址尺度展开了较为深入的研究,尚未在处置区域尺度、处置巷道及处置坑尺度建立完善系统岩体适宜性评价方法。结合芬兰地下实验室研究和处置库设计经验,建立处置区域尺度岩体适宜性评价准则Q^P_HLW,提出了裂隙带影响、地下水化学条件、岩体渗透特性、岩体强度应力比值以及岩体完整性等评价指标的取值方法,并确定岩体适宜性评价分级标准。随后,利用芬兰高放废物处置ONKALO地下实验室场址数据,测试和验证处置区域尺度岩体适宜性评价准则Q^P_HLW的合理性与可行性。最后以北山地下实验室新场场址为评价对象,开展处置区域尺度岩体适宜性评价,适宜性评价结果表明：新场场址在处置深度400～450 m及550～600 m内岩体完整性高,岩体适宜性程度高,适合布置处置巷道。     

中国高放废物地质处置研究进展:1985～2004

如何安全处置高放废物是核工业可持续发展面临的挑战性问题。我国的高放废物深地质处置研究从1985年开始，提出的计划目标是：于21世纪中叶建成我国高放废物地质处置库，处置的对象是玻璃固化块、超铀废物和部分乏燃料，处置库为竖井一坑道型，候选围岩为花岗岩，位于饱和带中。在1985～2004的20a中，我国高放废物地质处置研究取得了进展，已确定我国高放废物最终处置走“深地质处置”，并且是“三步曲”式的技术路线，即处置库选址和场址评价一地下实验室一处置库。经过全国筛选对比，已初步选定甘肃北山地区为重点预选区，该区地处戈壁，地壳结构完整，地壳稳定，人烟稀少，地质条件和水文地质条件均有利。20世纪90年代初期，开展了地下实验室的选址工作，初步选择了北京郊区2处地点为我国高放废物地质处置“普通地下实验室”的场址。已确定使用膨润土作为处置库的回填材料，并初步确定内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料。对膨润土的矿物学、岩土力学、物理力学性质和热学性质进行了研究。已获得一批放射性核素(主要是Np、Pu、Tc)在北山花岗岩和膨润土上的吸附分配比、扩散系数和弥散系数等参数，建立了低氧手套箱和模拟处置库温度、压力和氧化一还原条件的小型实验装置。高放废物中的关键核素的化学行为研究也取得进展。花岗岩接触带核素迁移、铀矿床中超铀元素迁移、青铜器腐蚀等天然类比研究取得了成果。还开展了高放废物地质处置系统总性能评价源项和生物圈模式的调研。概念设计研究仅在20世纪90年代初开展了部分研究。从1999年开始，与国际原子能机构开展了2期高放废物地质处置技术合作项目，极大地提高了我们的技术水平。20a的科研工作为我国在21世纪完成高放废物地质处置奠定了一定基础。     

高放废物处置库雅满苏和天湖地段地下水化

新疆雅满苏和天湖地区是我国高放废物处置库场址的主要预选地段之一。在高放废物处置库选址和评价中,水文地球化学特征是最重要的评价因素之一。在2009-2013年间,开展了雅满苏和天湖地段区域水文地球化学调查,采集地下水样品30余组,根据样品测试结果,讨论了该地区水文地球化学特征,其主要结论是：研究区地下水主要为高矿化的咸水。地下水的pH=7.69～9.64;水温11.8～24.0℃;地下水矿化度（TDS）在542.7～413375.5 mg/L之间变化,地下水的主要化学类型为Cl•SO₄-Na、SO₄•Cl-Na和Cl-Na型。控制地下水化学形成的主要作用是溶滤作用和蒸发浓缩作用。     

高放废物处置库野马泉预选地段地下水铀存在形式及迁移特征

甘肃北山野马泉地区是我国高放废物处置库预选场址之一。本文以该预选场址为例,在地下水铀、钍含量及其同位素比值测试、分析基础上,计算了铀存在形式。结果表明,地下水中的铀主要以U(OH)₄(aq)形式存在。探讨了铀的迁移特征,认为在当地的地质、水文地质等环境条件下,铀的迁移能力很低。     

美国专家考察我国高放废物处置库甘肃北山预选场址

经国务院外国专家局批准,应中国核工业集团公司的邀请,美国国会下属的“美国核废物技术评审委员会”3位高级专家Richard Parizek博士(总统顾问、水文地质学家、核废处置专家)、Leon Reiter博士(地质学家、核废处置专家)和Paula Alford博士(核环境政策专家)一行3人于1999年10月2～13日来华讲学,实地考察了我国高放废物处置库甘肃北山预选场址,并在核工业北京地质研究院讲课,介绍了美国高放废物处置库尤卡山候选场址特性评价进展及     

对我国高放废物处置研发工作的几点建议

论述了高放废物处置库与一般地下工程设施的区别,以及处置库场址的选址工作与低中放废物处置场和核电站场址的选址工作异同点。强调要高度重视高放废物处置的安全性,这是由于高放废物毒性大、半衰期长、安全处置期长;由于处置库堆放的废物总比活度大,且高放废物处置在地下深处,因而,如果一旦处置库系统遭受破坏,就难以进行人工干预。笔者认为,在区域预选和地区(地段)预选阶段,查明场址区域地壳稳定性问题是其首要任务。文章就处置方案等若干问题进行了讨论。     

高放废物处置库预选区新构造运动特征

新构造活动强烈程度是高放废物处置库场址评价的一个重要指标。本文阐述新构造研究的指导思想、方法及其在高放废物处置库选址中的应用。通过东天山地区南、北地段对比研究,选出了在新近纪时期构造环境相对稳定或新构造活动强度相对微弱的东天山南部地区,作为高放废物处置库基地。研究结果表明它对场址评价是有意义的。     

论我国高放废物地质处置地下实验室发展战略

地下实验室建设项目是我国"十三五规划"的重点项目,本文提出了我国应当建设"特定场区地下实验室"的发展战略。提出了我国首座高放废物地质处置地下实验室的总体定位,即建设在特定场区(处置库重点预选区)有代表性的岩石之中、位于500m深度左右、功能较为完备且具有扩展功能的,为高放废物地质处置研究开发服务和场址评价服务的、具有国际先进水平的科研设施和平台。提出我国地下实验室应当具备以下6大基本功能:1)评价场址深部环境;2)开展1∶1工程尺度验证实验;3)开发处置库施工、建造、回填和封闭技术以及相应的设备,完善概念设计,优化工程设计方案;4)为未来的处置库安全评价、环境影响评价提供各种现场数据;5)为公众参观地下实验室、了解地质处置技术的安全性能、提高对高放废物安全处置的信心提供窗口;6)为国际合作提供地下实验巷道和学术交流场所。还介绍了我国地下实验室工程的最新进展,指出目前已经筛选出甘肃北山新场为地下实验室的场址,并提出了地下实验室的概念设计。     

好书推荐·《新世纪中国高放废物地质处置》

正本书收录了进入21世纪以来,主要是2000-2011年期间,我国在高放废物地质处置各领域有代表性的重要论文,包括高放废物地质处置战略和规划研究、地下实验室规划、高放废物处置库选址和场址评价、处置库工程屏障、玻璃固化体性能、缓冲回填材料性能、处置工程、放射性核素迁移行为、安全评价等领域的论文。基本反映了这一时期我国高放废物地质处置     

原型处置库

论述高放废物地质处置研究中的原型处置库的概念、建造目的和研究的主要内容,以及它在处置库系统性能评价中的作用。原型处置库的研究工作,可以在普通地下实验室中进行(如瑞典的魧sp觟地下实验室),也可以在特定场址地下实验室中进行(如美国尤卡山的ESF坑道),它是以往20多年前地下实验室研究中演示阶段的扩展和延伸,是高放废物地质处置研究中最终确认处置库场址的一个必不可少的研究步骤,同时也为处置库地下工程的详细设计提供最接近于当地建库实际的各类技术参数。     

高放废物处置的地质介质选择

本文以国外若干典型放射性废物处置库围岩的机械物理学、水文地质学等参数为依据,论述了岩盐、花岗岩、粘土岩、凝灰岩和玄武岩对处置、储存高放废物的适宜性,以供我国选择高放废物处置介质和场址时参考。     

8 模拟地下水与北山地下水的比较

在高放废物深地质处置的处置库场址确定及环境安全评价中，预选场场址地下水的作用是一个极其关键的因素。本工作通过对实验室制备的放置不同时间的模拟地下水和北山3号孔及4号孔地下水样品的数据分析和比较，评价模拟地下水和北山3号孔及4号孔地下水是否具有一定的代表性，以及3种水样之间的差别。结果表明：在惰气环境中经过5年的水岩作用，模拟地下水的化学成分基本稳定.     

铀在不同地区地下水中的种态模拟

以我国高放废物地质处置库重点研究区甘肃北山、西南某地和新疆准噶尔盆地地下水为对象,运用PHREEQC程序分别计算了不同地下水中铀种态的含量,并讨论了pH值、温度对铀种态分布的影响。结果表明:铀种态主要取决于地下水的化学组分,pH值、温度等物理因素对铀在地下水中的种态分布也有显著影响。因此,处置库选址需要考虑地下水的组成以及pH值和温度等因素的影响。     

IAEA高放废物地质处置参考生物圈建立方法及对我国的启示

高放废物地质处置的安全评价需要考虑长时间尺度下生物圈的演变和演化。本文介绍IAEA生物圈模拟与评价(BIOMASS)项目中参考生物圈的建立方法,其构建的“评价生物圈”可用于高放废物特定场址的评价。建议尽快开展我国北山高放废物处置库参考生物圈的建立。