~(85)Sr在黄土包气带中的迁移

现场示踪试验和环境模拟实验是核素在地质介质迁移研究中常用的两种方法。本文同时使用上述两种方法对85Sr在黄土包气带中的迁移规律进行了试验研究。现场示踪试验在 A、B坑 (天然降水条件 )和 D、E坑 (喷淋条件 )中进行 ,模拟实验用 2号和 4号土柱作实验。试验结果表明 ,在非饱和条件下 ,黄土对 85Sr有较强的吸附能力 ,85Sr的扩散参数随时间增加而增大。试验还发现 ,85Sr在同一黄土介质中的延迟系数 Rd 并不是一个常数。由试验数据经拟合后可以看出 ,85Sr的延迟系数 Rd 随水流速度 u (亦即随土壤含水量θ )的增加而增大 ,但小于由分配系数 Kd按 Rd=(1+ρKd/θ)导出的 Rd计算值 ,并且 ,由 Kd推导出的 Rd值随土壤含水量θ变化而变化的趋势也与实测结果相反。这说明 ,在黄土包气带条件下 ,如果将Kd 当作一个常数 ,则由 Kd 推导出的 Rd 值以及由 Kd 推导 Rd 值的常用方法都是不适用的。     

85Sr 在黄土包气带中的迁移

现场示踪试验和环境模拟实验是核素在地质介质迁移研究中常用的两种方法.本文同时使用上述两种方法对85Sr在黄土包气带中的迁移规律进行了试验研究.现场示踪试验在A、B坑(天然降水条件)和D、E坑(喷淋条件)中进行,模拟实验用2号和4号土柱作实验.试验结果表明,在非饱和条件下,黄土对85Sr有较强的吸附能力,85Sr的扩散参数随时间增加而增大.试验还发现,85Sr在同一黄土介质中的延迟系数Rd并不是一个常数.由试验数据经拟合后可以看出,85Sr的延迟系数Rd随水流速度u(亦即随土壤含水量θ)的增加而增大,但小于由分配系数Kd按Rd＝(1+ρKd/θ)导出的Rd计算值,并且,由Kd推导出的Rd值随土壤含水量θ变化而变化的趋势也与实测结果相反.这说明,在黄土包气带条件下,如果将Kd当作一个常数,则由Kd推导出的Rd值以及由Kd推导Rd值的常用方法都是不适用的.     

天然条件下3H 在黄土包气带中的迁移

用3H作为示踪剂研究水的运动是一种最常用的方法.本文通过3H在天然黄土包气带的现场示踪试验,得到了3H在非饱和黄土中迁移的某些特征.天然条件下现场示踪试验在A、B两个试验坑进行.A、B坑的面积均为2×2m2,深度分别为30cm和100cm.3H示踪核素与一定量黄土均匀混合,制成示踪源,铺设于坑底中央,示踪源层的厚度为0.7cm,面积1.5×1.5m2,源层上方用原土回填.在1989年5月～1991年7月试验期间,定期从两坑中采集土芯样,并切割成0.5～1cm厚的土壤样品,用真空加热蒸馏法,分离出土壤水,用液体闪烁计数器测量土壤水中的3H含量,得到土壤中3H的浓度分布.结果发现,在非饱和黄土中,3H浓度分布的质心位置X0(t)总体上是向下运动的,而且,随着深度的增加,3H向下迁移速度变慢;试验期间,3H在埋深30cm的A坑中向下迁移速度为5.4×10-2cm/d,在埋深100cm的B坑为1.6×10-2cm/d.但是,与A坑相比,B坑中3H的质心位置上下迁移明显.另外,根据拟合结果可以看出,3H的垂向浓度分布方差σ2x(t)随取样时间t的变化关系近似呈S型,对A、B两坑可分别分为三段用不同的拟合方程表达.     

天然条件下~3H在黄土包气带中的迁移

用 3 H作为示踪剂研究水的运动是一种最常用的方法。本文通过3 H在天然黄土包气带的现场示踪试验 ,得到了3 H在非饱和黄土中迁移的某些特征。天然条件下现场示踪试验在 A、B两个试验坑进行。A、B坑的面积均为 2× 2 m2 ,深度分别为 30 cm和 10 0 cm。3 H示踪核素与一定量黄土均匀混合 ,制成示踪源 ,铺设于坑底中央 ,示踪源层的厚度为 0 .7cm,面积 1.5× 1.5m2 ,源层上方用原土回填。在 1989年 5月～ 1991年 7月试验期间 ,定期从两坑中采集土芯样 ,并切割成 0 .5～ 1cm厚的土壤样品 ,用真空加热蒸馏法 ,分离出土壤水 ,用液体闪烁计数器测量土壤水中的3 H含量 ,得到土壤中 3 H的浓度分布。结果发现 ,在非饱和黄土中 ,3 H浓度分布的质心位置 X0 (t)总体上是向下运动的 ,而且 ,随着深度的增加 ,3 H向下迁移速度变慢 ;试验期间 ,3 H在埋深 30 cm的 A坑中向下迁移速度为 5.4× 10 -2 cm/ d,在埋深 10 0 cm的 B坑为 1.6× 10 -2 cm/ d。但是 ,与 A坑相比 ,B坑中 3 H的质心位置上下迁移明显。另外 ,根据拟合结果可以看出 ,3 H的垂向浓度分布方差σ2x(t)随取样时间 t的变化关系近似呈 S型 ,对 A、B两坑可分别分为三段用不同的拟合方程表达     

黄土包气带中核素二维迁移的试验研究

为了研究黄土包气带中放射性核素在垂直和水平方向上的二维迁移 ,在野外试验场的 C坑 (天然条件 )和 F坑 (人工喷淋条件 )进行了取样测量。将 85Sr、13 4Cs和 60 Co三种核素与黄土均匀混合 ,制成示踪源 ,埋置于坑底中心位置 ,距地表 1m,两坑示踪源层尺寸均为 5.5cm× 0 .6 cm。分别于埋置示踪源层后的第 783d(F坑 )和 10 72 d(C坑 )进行解体采样。使用专门制作的采样定位环 ,分层、分环采样。垂向分层 ,每层厚 1cm;水平方向分环 ,环的直径为 3～ 2 7cm,分 9种尺寸。在 C坑和 F坑分别采土样 2 4 1和 2 13个。用 Na I(Tl)γ谱仪测量土样中85Sr、13 4Cs和60 Co的活度 ,得到两坑中三种核素的比活度分布曲线。结果表明 ,13 4Cs和 60 Co的比活度峰在两试验坑中垂向迁移距离均小于 1cm,但也有一小部分迁移距离较大 ;而 85Sr的比活度峰在人工喷淋条件 (喷淋强度 1.5cm/d)的 F坑 ,向下迁移了约 13cm,在天然条件的 C坑 ,比活度峰仍在示踪源层 ,但在上、下二个方向上明显展宽。另外 ,还发现在水平方向上径向距为 11.3cm(F坑 )和 12 .8cm(C坑 )样品中也有三种核素的存在     

黄土包气带中核素二维迁移的试验研究

为了研究黄土包气带中放射性核素在垂直和水平方向上的二维迁移,在野外试验场的C坑(天然条件)和F坑(人工喷淋条件)进行了取样测量.将85Sr、134Cs和60Co三种核素与黄土均匀混合,制成示踪源,埋置于坑底中心位置,距地表1m,两坑示踪源层尺寸均为φ5.5cm×0.6cm.分别于埋置示踪源层后的第783d(F坑)和1072d(C坑)进行解体采样.使用专门制作的采样定位环,分层、分环采样.垂向分层,每层厚1cm;水平方向分环,环的直径为3～27cm,分9种尺寸.在C坑和F坑分别采土样241和213个.用NaI(Tl)γ谱仪测量土样中85Sr、134Cs和60Co的活度,得到两坑中三种核素的比活度分布曲线.结果表明,134Cs和60Co的比活度峰在两试验坑中垂向迁移距离均小于1cm,但也有一小部分迁移距离较大;而85Sr的比活度峰在人工喷淋条件(喷淋强度1.5cm/d)的F坑,向下迁移了约13cm,在天然条件的C坑,比活度峰仍在示踪源层,但在上、下二个方向上明显展宽.另外,还发现在水平方向上径向距为11.3cm(F坑)和12.8cm(C坑)样品中也有三种核素的存在.     

低中水平放射性废物浅地层处置安全评价方法研究

中国辐射防护研究院和日本原子力研究所合作开展了为期 5年 (1988年 1月～ 1993年 1月 )的“低中水平放射性废物浅地层处置安全评价方法研究”,以建立一套低中放废物浅地层处置安全评价技术和方法 ,包括参数、模式和程序。本文主要介绍在黄土包气带中核素迁移规律、水分运移行为研究及其相关参数测定的方法和试验结果 ,以及试验场址主要特征和开发的核素迁移模式与计算程序为开展现场核素迁移示踪试验和实验室核素迁移模拟实验 ,建立了野外试验场、喷淋试验大厅和环境模拟实验室 ;开发了现场核素迁移直接测量系统 ;研制了实验室模拟装置和原状土取样设备。包气带核素迁移示踪试验 ,从 1989年 5月开始到 1991年 8月结束 ,试验在天然 (试验期间年均降雨量为 4 38mm)和喷淋 (喷淋强度 15mm/ d,相当于降雨量 5.4 8× 10 3 mm/ a)两种条件下进行。实验室模拟实验 ,喷淋强度为 0 .796 mm/ d(4号土柱 )和 0 .6 56 mm/ d(2号土柱 ) ,历时约 1年。示踪核素为 60 Co、85Sr和 13 4Cs(或13 7Cs)。还与现场试验同步开展了试验场水分运移研究 ,及用 3 H作示踪剂的水分运移研究。得到以下主要结果 :(1)对 85Sr,喷淋条件下 2年的现场试验期内 ,浓度峰迁移了 13cm,天然条件下迁移约 2 cm;在 1年的实验室模拟实验期内 ,取     

237Np、238Pu、241Am和90Sr在水泥、变质水泥固化块和水泥砂浆粉-土壤中迁移的野外试验研究

本文介绍了237Np、238Pu、241Am和90Sr在水泥、变质水泥和水泥砂浆粉-土壤体系的野外迁移试验方法和结果.将以石英砂为载体的四种核素的示踪源层,铺放在普通水泥试块和变质水泥试块内,以及以水泥砂浆粉为载体的四种核素的示踪源层,埋置在黄土包气带试验坑50 cm深处进行实验.在喷淋降水(5 mm/h×3 h/d)和天然降水两种条件下,核素在普通水泥试块、变质水泥试块和水泥砂浆粉中,三年的野外迁移试验结果显示,四种核素均看不出明显迁移.经过1 100多天,每种示踪剂迁移距离都在1 mm范围内.每种示踪剂从源层迁移到试块内的量只占源层投放量的5%左右,95%左右的核素仍存留在示踪源层内.尽管埋置后的变质水泥试块性能明显不如普通水泥试块,但核素在两种水泥试块中的迁移规律并未发现明显差异.核素在水泥砂浆粉中近1 100天野外实验期间迁移不到1 mm,说明水泥砂浆粉对核素迁移有很强的阻滞作用.     

黄土包气带中核素二维迁移的试验研究

为了研究黄土包气带中放射性核素在垂直和水平方向上的二维迁移,在野外试验场的Ｃ坑和Ｆ坑进行了取样测量。将＾８５Ｓｒ、＾１３４Ｃｓ和＾６０Ｃｏ三种核素与黄土均匀混合,制成示踪源,埋置于坑底中心位置,距地表１ｍ,两坑示踪源匀为φ５．５ｃｍ＊０．６ｃｍ。     

黄土包气带中核素迁移的直接测定

野外试验场核素迁移试验通常采用的方法是在示踪核素投放后不同时间在试验坑取土样,测定不同深度处的核素比活度分布.本文介绍了为中国辐射防护研究院野外试验场包气带土壤中核素迁移而开发的直接测定方法,主要介绍测量原理、装置、刻度及部分测定结果.试验所用的示踪核素源层为布放在地表下1m深处体积为φ55mm×6mm的85Sr、134Cs、60Co与黄土的混合物.直接测量装置包括测井用探头[φ50mm×30mm的NaI(Tl)探测器及其铅屏蔽体]、探头升降及深度测读部分、数据获取系统和测井四部分.文中给出了在天然条件(C坑)和人工喷淋条件(F坑)下示踪核素投放后不同时间的85Sr的垂向活度分布曲线.试验结果表明,F坑中示踪核素投放后第264天85Sr峰位向下迁移了5cm左右,第430天已向下迁移了约8cm;而在C坑,在约2年试验期内85Sr的峰位几乎仍在原处.本方法所得结果基本上与采集土芯样测量的结果相符.最后分析了本方法尚待探讨的问题.     

黄土包气带中核素迁移的直接测定

野外试验场核素迁移试验通常采用的方法是在示踪核素投放后不同时间在试验坑取土样 ,测定不同深度处的核素比活度分布。本文介绍了为中国辐射防护研究院野外试验场包气带土壤中核素迁移而开发的直接测定方法 ,主要介绍测量原理、装置、刻度及部分测定结果。试验所用的示踪核素源层为布放在地表下 1m深处体积为 55mm× 6 mm的85Sr、13 4Cs、60 Co与黄土的混合物。直接测量装置包括测井用探头 [ 50 mm× 30 mm的 Na I(Tl)探测器及其铅屏蔽体 ]、探头升降及深度测读部分、数据获取系统和测井四部分。文中给出了在天然条件 (C坑 )和人工喷淋条件 (F坑 )下示踪核素投放后不同时间的85Sr的垂向活度分布曲线。试验结果表明 ,F坑中示踪核素投放后第 2 6 4天 85Sr峰位向下迁移了 5cm左右 ,第 4 30天已向下迁移了约 8cm;而在 C坑 ,在约 2年试验期内85Sr的峰位几乎仍在原处。本方法所得结果基本上与采集土芯样测量的结果相符。最后分析了本方法尚待探讨的问题     

低中水平放射性废物浅地层处置安全评价方法研究

中国辐射防护研究院和日本原子力研究所合作开展了为期5年(1988年1月～1993年1月)的"低中水平放射性废物浅地层处置安全评价方法研究",以建立一套低中放废物浅地层处置安全评价技术和方法,包括参数、模式和程序.本文主要介绍在黄土包气带中核素迁移规律、水分运移行为研究及其相关参数测定的方法和试验结果,以及试验场址主要特征和开发的核素迁移模式与计算程序. 为开展现场核素迁移示踪试验和实验室核素迁移模拟实验,建立了野外试验场、喷淋试验大厅和环境模拟实验室;开发了现场核素迁移直接测量系统;研制了实验室模拟装置和原状土取样设备.包气带核素迁移示踪试验,从1989年5月开始到1991年8月结束,试验在天然(试验期间年均降雨量为438mm)和喷淋(喷淋强度15mm/d,相当于降雨量5.48×103mm/a)两种条件下进行.实验室模拟实验,喷淋强度为0.796mm/d(4号土柱)和0.656mm/d(2号土柱),历时约1年.示踪核素为60Co、85Sr和134Cs(或137Cs).还与现场试验同步开展了试验场水分运移研究,及用3H作示踪剂的水分运移研究.得到以下主要结果:(1)对85Sr,喷淋条件下2年的现场试验期内,浓度峰迁移了13cm,天然条件下迁移约2cm;在1年的实验室模拟实验期内,取样测量浓度峰迁移了8cm.对60Co和134Cs,天然和喷淋条件下2年的现场试验及1年的实验室模拟实验期内,其浓度峰位基本未动;现场试验2年迁移不到1cm.说明黄土对Co和Cs有很强的吸附能力,对Sr也有较强的吸附能力.(2)在现场试验和实验室模拟实验中,对3种核素均发现有一小部分迁移得较快;并发现有一小部分在水平方向也能迁移较大距离.(3)在人工喷淋和60Co、85Sr、134Cs混合示踪剂试验中,85Sr迁移出现了迁移速度不同的2个浓度峰,即"双峰现象".此和(2)中所述现象,在低中放废物处置安全评价中有重要意义.(4)60Co、85Sr和134Cs在黄土包气带的分配系数Kd,由现场试验得到的延迟系数Rd推算的结果分别为:8.8×102～1.5×103、0.5～70和1.1×103～1.5×103mL/g,而实验室静态法测量结果分别为:5.4×103、82和7.4×103mL/g;后者明显高于前者,提示应用实验室静态法测量的Kd时,应考虑特定的场址条件与测量条件的不一致所引起的差异.对野外迁移示踪试验结果分析发现,85Sr在黄土包气带中的延迟系数随土壤含水量的增加而增大.(5)本项目开发的非平衡吸附模式和计算机程序一--NESOR,考虑了核素非平衡吸附和解吸的交换过程,与野外核素迁移试验测量结果符合得较好.(6)野外渗流试验表明,黄土垂直节理裂隙在非饱和流条件下不起导水作用. 本研究提供的技术方法,包括参数、模式和程序,不仅可用于废物的地质处置,对地矿、农业、环保、地下水资源研究、示踪技术和工程屏障效能研究也有应用价值.     

包气带中不同示踪源层条件下核素迁移对比试验

为研究不同示踪源层材料对水份运移和核素迁移的影响，开展了以石英砂和黄土分别为示踪源层载体时Sr、Nd、Ce在包气带中迁移的对比试验。试验历时470d，在两种源层条件下各取土芯样4次。试验结果表明：在喷淋强度为5mm/h、3h/d条件下，Nd和Ce无论在石英砂示踪源层还是黄土示踪源层中浓度峰位均没有明显向下迁移；对于Sr，在黄土示踪源层中，470d后其峰位向下迁移约15cm(按质心计算为10cm左右)，而从石英砂示踪源层中向下迁移不明显（按质心计算，迁移约2.7cm），只是峰位有些展宽。上述结果表明，极薄（7mm）的细石英砂层也能对非饱和入渗水产生明显屏流作用，使得核素从石英砂示踪源层中向下迁移速度减慢。     

237Np、238Pu、241Am和90Sr在包气带黄土、含水层和工程屏障材料中迁移行为的野外试验研究

本文介绍了^237Np、^238Pu、^241Am和^90Sr在包气带黄土、含水层和工程屏障材料(膨润土、水泥、变质水泥、水泥砂浆粉)中迁移行为的野外试验的方法和结果。在包气带黄土和工程屏障材料中的迁移试验是在天然和喷淋(15mm／d)两种条件下进行的，含水层迁移试验包括核素在用未扰动含水介质填装的组件试验与核素在未扰动含水介质中的示踪试验。经过3年试验，核素在天然条件下的包气带黄土中以及无论在天然还是喷淋条件下的工程屏障材料中，示踪剂未见明显迁移(即未迁移出示踪源层外)；在喷淋条件下，在包气带黄土中通过石英砂示踪源层^90Sr(质心)向下迁移2．7cm，通过示踪源层外边缘上的黄土向下迁移13cm(峰位)；^237Np、^238Pu、^241Am未见明显迁移。发现石英砂做示踪剂载体对黄土非饱和水有屏流作用，影响核素迁移，以石英砂和黄土做载体的对比实验证实了这一点。^90Sr、^237Np、^238Pu和^241Am在未扰动含水层介质示踪试验中经1023d未见明显迁移，仍在示踪源点。含水层组件试验中^238Pu和^241Am未见明显迁移，在组件8(面源)中，^237Np向后迁移0．95cm，^90Sr(质心)迁移4．7cm。试验结果还表明，核素在变质水泥和普通水泥中迁移(3年)规律未见明显差异。     

天然条件下3H 在黄土包气带中的迁移

用＾３Ｈ作为示踪剂研究水的运动是一种最常用的方法。本文通过＾３Ｈ在天然黄土包气带的现场示踪试验,得到了＾３Ｈ在非饱和黄土中迁移的某些特征。     

~(60)Co.~(85)Sr和~(137)Cs在黄土包气带中迁移的模拟实验

从野外试验场用专门研制的原状土柱采样装置采得未扰动土柱 ,以60 Co、85Sr和 13 7Cs三种核素为示踪剂 ,在人工喷淋条件下研究核素在土柱中的迁移行为。采用直接测量和解体测量两种方法测定了核素在土柱中的垂向浓度分布。实验结果表明 ,在日均喷淋强度为 7.96 mm/d的喷淋条件下 ,近一年时间内 85Sr浓度峰在实验土柱中的下移距离 ,按直接测量和解体测量分别约为 6 .0和 8.0 cm;60 Co和 13 7Cs浓度峰基本仍在原位。此结果与野外现场核素迁移示踪试验结果基本一致     

黄土包气带中放射性核素迁移的现场试验

在中国辐射防护研究院野外试验场开展了为期二年的包气带中 3H、6 0 Co、85 Sr和 13 4 Cs的迁移试验 ,在天然条件和人工喷啉条件下共进行了六组试验。通过定期取样和直接测量两种方法测量了示踪核素的浓度分布 ;同时为配合迁移试验 ,同步开展了包气带中水分运移观测在介绍了试验概况之后 ,分析了作为水分运移示踪剂的3 H的试验结果 ,并与野外现场的和实验室的其它研究包气带水分运移的结果相比较 ,令人满意的一致性显示了所建立的包气带水分运移研究方法的可靠性。核素迁移结果表明 ,试验场址的黄土沉积层对所选用的示踪核素具有强烈的吸附滞留作用。经过二年的试验 ,60 Co和13 4Cs的浓度峰无论在天然条件下还是喷淋条件下 ,迁移距离都不超过 1cm;85Sr的浓度峰在喷淋条件下迁移了约 13cm;在天然条件下迁移了约 2 cm。尽管 60 Co和 13 4Cs被黄土强烈吸附滞留 ,但是 ,试验中发现一小部分60 Co和 13 4Cs迁移速度远高于其浓度峰的迁移。试验中还发现 ,在喷淋条件下 ,85Sr在迁移过程中形成具有不同迁移速度的二个浓度峰。这些发现对放射性废物处置的安全评价甚为重要     

60Co、85Sr 和137Cs 在黄土包气带中迁移的模拟实验

从野外试验场用专门研制的原状土柱采样装置采得未扰动土柱,以60Co、85Sr和137Cs三种核素为示踪剂,在人工喷淋条件下研究核素在土柱中的迁移行为.采用直接测量和解体测量两种方法测定了核素在土柱中的垂向浓度分布.实验结果表明,在日均喷淋强度为7.96mm/d的喷淋条件下,近一年时间内85Sr浓度峰在实验土柱中的下移距离,按直接测量和解体测量分别约为6.0和8.0cm;60Co和137Cs浓度峰基本仍在原位.此结果与野外现场核素迁移示踪试验结果基本一致.     

黄土包气带中放射性核素迁移的现场试验

在中国辐射防护研究院野外试验场开展了为期二年的包气带中3H、60Co、85Sr和134Cs的迁移试验,在天然条件和人工喷啉条件下共进行了六组试验.通过定期取样和直接测量两种方法测量了示踪核素的浓度分布;同时为配合迁移试验,同步开展了包气带中水分运移观测. 在介绍了试验概况之后,分析了作为水分运移示踪剂的3H的试验结果,并与野外现场的和实验室的其它研究包气带水分运移的结果相比较,令人满意的一致性显示了所建立的包气带水分运移研究方法的可靠性. 核素迁移结果表明,试验场址的黄土沉积层对所选用的示踪核素具有强烈的吸附滞留作用.经过二年的试验,60Co和134Cs的浓度峰无论在天然条件下还是喷淋条件下,迁移距离都不超过1cm;85Sr的浓度峰在喷淋条件下迁移了约13cm;在天然条件下迁移了约2cm.尽管60Co和134Cs被黄土强烈吸附滞留,但是,试验中发现一小部分60Co和134Cs迁移速度远高于其浓度峰的迁移.试验中还发现,在喷淋条件下,85Sr在迁移过程中形成具有不同迁移速度的二个浓度峰.这些发现对放射性废物处置的安全评价甚为重要.     

黄土包气带中放射核素迁移的现场试验

在中国辐射防护研究院野外试验场琥展了为期二年的包气带中＾３Ｈ、＾６０Ｃｏ、＾８５Ｓｒ和＾１３４Ｃｓ的迁移试验,在天然条件和人工喷啉条件下共进行了六组试验。通过期取样和直接测量两种方法测量了示踪核素的浓度分布;同时为配合迁移试验,同步开展了包气带中水分运行观测。