大气条件下高庙子钠基膨润土化学缓冲特性研究

深地质处置目前被国际上公认为是处置高放废物的最有效可行的方法。我国采用多重工程屏障系统和适宜的地质体共同作用来确保与生物圈的安全隔离。缓冲材料是高放废物重要的工程屏障材料之一,我国选用高庙子钠基膨润土作为缓冲材料的基础材料。膨润土作为缓冲材料的一个重要性能表现为缓冲孔隙水的化学变化。介绍了GMZ-1钠基膨润土大气条件下与蒸馏水的反应试验,并对试验结果进行了讨论。批式试验反应溶液中钠离子来源于钠基膨润土层间阳离子和矿物溶解,镁离子来源于钠基膨润土层间阳离子,钾离子和钙离子来源于矿物溶解,相关研究认识对于高放废物处置库近场核素迁移研究和评价工程屏障的长期稳定性具有重要意义。     

U(Ⅵ)在缓冲回填材料高庙子膨润土胶体上的吸附

甘肃北山地区是目前我国高放废物地质处置库的重点预选场址,内蒙古高庙子膨润土为首选缓冲回填材料。在处置库安全评价中需要考虑可能存在的地下水侵蚀形成膨润土胶体负载核素迁移的情况。以产自内蒙古自治区兴和县高庙子矿区Ⅲ号矿层的膨润土为原料提取膨润土胶体,研究其稳定性,通过批式吸附实验研究了溶液pH、背景电解质浓度等对U(Ⅵ)在高庙子膨润土胶体上吸附的影响。结果表明:酸性条件下,高庙子膨润土胶体对U(Ⅵ)的吸附随pH上升而增强,吸附分配系数在pH≈7时达到峰值;碱性条件下,胶体对U(Ⅵ)的吸附则随pH上升而减弱;在本研究所选取范围内,背景电解质NaClO₄浓度对U(Ⅵ)在高庙子膨润土胶体上的吸附影响不大。     

缓冲/回填材料砌块抗剪强度试验研究

抗剪强度是缓冲/回填材料机械缓冲性能的评价指标之一。使用单轴压实法制备缓冲/回填材料大型砌块并利用钻孔取芯获得其不同位置处代表性试样,通过直剪试验测定砌块的抗剪强度。实验结果表明：取芯方法对大型砌块剪切试验结果有较大影响;总体上看试样的抗剪强度越大,其发生剪切破坏时的剪位移越小。干密度1.79 g·cm^-3,含水率13.70%的1/8型扇形砌块的粘聚力为1.395 MPa,内摩擦角为26.18°。首次获得了米级尺度大型缓冲材料砌块及大型回填材料砌块的抗剪强度参数,为缓冲/回填材料的设计以及数值模拟工作提供了重要的输入条件。     

高庙子膨润土悬浮液流变特性试验研究

缓冲/回填材料在地下水的作用下会形成凝胶体/胶体,有可能发生侵蚀。研究膨润土悬浮液的流变特性是评价土-岩界面缓冲/回填材料长期稳定性的必要条件。使用旋转流变仪对高庙子膨润土开展不同液固比、水化学条件,以及不同离子浓度和类型的一系列流变试验,为后期膨润土颗粒侵蚀数值模拟工作提供技术支持。研究结果表明：高庙子膨润土悬浮液随着液固比增大逐渐从假塑性流体向牛顿流体转变,Herschel-Bulkley模型可以很好拟合高庙子膨润土-北山地下水悬浮液的流变曲线;随着膨润土悬浮液中添加盐的浓度增大,悬浮液表观黏度先减小后小幅增大;相同浓度条件下二价阳离子比一价阳离子使得悬浮液的表观黏度有更明显的降低。     

缓冲/回填材料--膨润土研究国际进展

缓冲材料是高放废物地质处置库多重屏障系统重要组成部分。本文从膨润土特性、气体渗透性、膨润土中有机物、微生物腐蚀、孔隙水化学、蒙脱石向伊利石转化、核素迁移等方面简要总结了该领域的一些研究进展,旨在推动我国在这一领域的研究走向深入。目前,国内的工作主要集中于材料物理性能的测试,作者期待国家有关部门能加大经费支持力度。以推动这一领域的研究进展。确保高放废物的安全处置,为能源工业发展保驾护航。     

高庙子膨润土与北山地下水的长期作用试验

以内蒙古兴和县高庙子钠基膨润土和甘肃北山BS05号钻孔地下水为研究对象，依托低氧手套箱，在常温低氧条件下开展膨润土与地下水长期作用试验研究，获得了1年内膨润土 北山地下水体系pH和Eh值随时间的变化特征；得到了作用前后体系液相关键离子成分以及固相可交换阳离子、化学成分，依托拉曼光谱仪测定了作用前后膨润土的结构。结果表明，膨润土 北山地下水体系在本试验条件和时间范围内可以保持相对稳定的状态。     

水相环境对239Pu在高庙子膨润土中吸附行为的影响

以高庙子膨润土作为吸附介质,通过静态吸附实验,研究了高庙子膨润土在不同水相环境中对核素²³⁹Pu的吸附行为。探讨了接触时间、水相pH值、离子种类以及离子浓度等因素对吸附行为的影响。研究结果表明：高庙子膨润土对钚具有很强的吸附能力,吸附率达到99%以上,且吸附速率较快,4 d即可达到吸附平衡。随着水相pH值增大,膨润土对钚的吸附能力逐渐增强。水相中CO₃^2-、Fe³⁺和Ca²⁺对钚吸附有较强抑制作用,并且当离子浓度小于0.02mol/L时,随着浓度的增大,分配系数K_d值逐渐减小;当离子浓度大于0.02mol/L时,分配系数K_d值基本趋于稳定。     

缓冲/回填材料——内蒙古高庙子膨润土性能研究

研究按缓冲回填材料的性能要求,对内蒙古高庙子膨润土的物质组成与结构、物理化学性质、水理性质等进行了系统研究;对添加剂改善膨润土的压实性能进行了探索性实验研究。结果表明,高庙子钠基膨润土以蒙脱石为主要矿物成分,具有良好的吸附性、膨胀性、阳离子交换性和热稳定性;石英砂添加剂可以有效地改善膨润土的压实性能;进一步论证了内蒙古高庙子膨润土矿床可以作为我国高放废物地质处置库缓冲/回填材料的供给基地。     

高庙子膨润土与北山地下水的长期作用试验

以内蒙古兴和县高庙子钠基膨润土和甘肃北山BS05号钻孔地下水为研究对象，依托低氧手套箱，在常温低氧条件下开展膨润土与地下水长期作用试验研究，获得了1年内膨润土 北山地下水体系pH和Eh值随时间的变化特征；得到了作用前后体系液相关键离子成分以及固相可交换阳离子、化学成分，依托拉曼光谱仪测定了作用前后膨润土的结构。结果表明，膨润土 北山地下水体系在本试验条件和时间范围内可以保持相对稳定的状态。     

缓冲回填材料膨润土胶体的提取与分析

我国拟建造的高放废物地质处置库计划使用膨润土作为缓冲回填材料。有效提取膨润土在处置库地下水中形成的胶体,检测其各项物理化学参数,对理解胶体对关键放射性核素在处置库近场的吸附、扩散和迁移行为的影响具有重要意义。本工作分析了原状高庙子膨润土的矿物组成及其元素含量。对原状高庙子膨润土胶体预处理、提取方法进行了优化,建立了稳定、可靠获取膨润土胶体的实验方法。结果表明：超声振荡或沸热分散后再离心分离的方法不仅能在较短的时间内获得尺寸在100 nm左右的膨润土胶体,且有较好的单体分散性,此外,不同批次胶体样品的zeta电位均大于-60 mV,显示其良好的稳定性。能量色散X射线光谱分析结果表明,膨润土胶体主要成分为SiO₂。     

Study on Alteration of Simulated HLW Glass under Simulated Geological Disposal Condition

正1/200 scale simulated disposal experimental device(Fig.1)was set up in 2013,in which underground water penetrated host rock,buffer materials,container materials and contacted simulated HLW glass.The dissolution rate of key elements and corrosion of HLW glass were both investigated to obtain the long-term alteration mechanism of HLW glass.     

高放废物地质处置各屏障系统安全要求研究

研究分析了处置库各屏障系统应具备的总体安全要求。针对屏障性能演化、地下水流和核素迁移等方面分析了工程屏障系统、天然屏障系统应满足的安全要求。     

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。     

多孔金属材料强化润滑油传热及阻力特性实验研究

滑油冷却器是核电厂广泛使用的润滑设备。多孔金属材料因能显著强化传热而日益得到关注。为了研究多孔金属材料对管内滑油强化传热效果,以68#润滑油为换热工质,不同孔隙率的多孔金属材料为研究对象,通过改变换热管内多孔金属材料的种类、段数,实验研究管内滑油强化传热特性及其阻力特性。结果表明:在实验范围内,多孔金属材料能显著强化润滑油的传热;油侧努赛尔数与加入的多孔金属材料段数近似成正比;多孔结构是影响其强化传热效果的主要因素。     

Experimental and Modeling Study on Diffusion of Selenium under Variable Bentonite Content and Porewater Salinity

Effective diffusion coefficients of selenium through bentonite/sand mixtures were obtained by the through-diffusion method under reducing conditions where selenium was dissolved as HSe^? and Se₄ ^2–. Experiments were carried out under variable bentonite content and porewater salinity. Bentonite contents in bentonite/sand mixtures varied from 20 to 70 wt%. The salinities of experimental solutions varied from 0.05 to 0.5 mol dm^?3, simulating brackish groundwater and seawater. Effective diffusion coefficients were also obtained under anaerobic conditions where the dominant selenium species was determined to be SeO₃ ^2–. The effective diffusion coefficients of selenium species decreased with increasing bentonite content and with decreasing salinity. This tendency is primarily due to anion exclusion that was caused by the negative surface charge of montmorillonite. A diffusion model for anionic species was developed based on the electric double layer theory and the pore diffusion model, to evaluate the diffusion behaviors of HSe^?, Se₄ ^2–, and SeO₃ ^2– in bentonite porewater. In this model, pores in bentonite/sand mixtures are assumed to consist of two types of space; one is the space between mineral particles and the other is the space between layers of montmorillonite. The scope of application of this model is limited to less than or equal to 1,600 kg m^?3 in dry density. The effective diffusion coefficients of selenium species predicted using this model showed good agreement with experimentally measured ones.     

密度锁工作特性的实验研究

介绍了密度锁的工作原理,并设计搭建了实验装置,研究了稳态工况和主泵停转事故时密度锁的工作特性。结果表明,在稳态工况下,密度锁能长期保持关闭,从而将主回路和余热排出回路隔开,此时,余热排出回路处于非工作状态,不会影响反应堆的正常工作。当发生主泵停转事故时,密度锁能迅速打开,使主回路和余热排出回路连通。余热排出回路会建立自然循环,且足以带走剩余热量。     

CZT探测器辐射性能实验研究

使用高电阻率CZT(碲锌镉)晶体制备了适用于脉冲γ辐射探测的探测器。通过在脉冲γ发生器和60Co放射源上开展实验,获得了CZT探测器的时间响应和1.25MeVγ辐射灵敏度。结果表明,CZT探测器较传统Si基PIN探测器有暗电流低、时间响应好、灵敏度高的优势,适用于低强度γ辐射脉冲测量。     

热力除氧器运行特性实验研究

在热力除氧器实验装置上，对研制的新型除氧器进行了稳态运行特性和动态运行特性实验，得到了除氧器的各种运行特性曲线。研究结果表明，由于对喷嘴和填料进行改进，建立起有利于除氧的传热传质条件，使所研制的除氧器具有良好的稳态及动态运行特性，除氧效果优良。