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。     

压实膨润土砌块单轴压缩力学性能研究

膨润土是高放废物地质处置库中不可缺少的工程屏障材料,是确保处置库长期稳定的保障。为了研究膨润土压实砌块力学性能变化规律,对压实砌块不同部位采用不同加载速率进行单轴压缩试验。研究结果表明:压实膨润土无侧限抗压强度随压实干密度的增大而呈指数增大,干密度为1.75 g·cm~(-3)时,无侧限抗压强度可达8.01 MPa;试样上部应变变化量明显小于下部;体积应变随应力增大而先增大后减小,中、下部变化更为明显;压实膨润土砌块弹性参数变化保持同步;试样下部弹性模量最小,泊松比最大。     

静力压实膨润土-砂混合物膨胀特性研究

为研究缓冲回填材料静力压实试样的膨胀特性,选用高庙子钠基膨润土(GMZ)为缓冲回填材料的主料,对不同掺砂率的膨润土-砂混合物静力压实试样进行了室内膨胀力和膨胀率试验,并与动力击实高庙子膨润土-砂混合物试样的膨胀试验数据进行对比。结果表明,静力压实的高干密度试样膨胀特性试验数据结果可以很好地分布在动力击实低干密度试样数据拟合曲线上,说明静力压实与动力击实两种制样方法获得试样的膨胀特性具有完全的一致性,在现场施工时可以根据需要自由选择;同时也验证了最大膨胀力随初始干密度呈指数增长,最大膨胀率随初始干密度呈线性增长的正确性,说明高干密度与低干密度试样的膨胀特性,随掺砂率增大符合相同的变化趋势。     

高庙子钠基膨润土静力学性能初析

膨润土是核废物处置多重屏障系统之缓冲材料的主要组成材料，对其工程物理性能和化学缓冲性能研究是缓冲材料屏障层工程设计的基础。膨润土具有适宜的力学性能，是保证多重屏障系统稳定的一个基本因素。内蒙古高庙子膨润土矿床是我国高放处置库缓冲材料的供应基地。对高庙子钠基膨润土样品GMZ-1室温条件下无侧限抗压强度随干密度（1．4，1．6，1．8g／cm^3）和含水率（9％，14％，17％）的变化进行了系统测试。测试表明：无侧限抗压强度随干密度增加而增大；特定压实密度的膨润土无侧限抗压强度随含水率增加而减小。     

膨润土-砂混合物缓冲层轴向热传导性研究

膨润土-砂混合物作为高放废物处置库缓冲材料,在高放废物衰变释热作用下,其物理力学性能对处置库的稳定和安全性具有重要影响。本研究采用自行设计的装置,对按比例缩小后的不同干密度、含水率、掺砂率试样进行热传导模拟试验,并对缓冲层热-力耦合过程进行数值模拟分析,得到了缓冲层温度、应力和应变的变化及分布情况,重点分析了温度的影响。结果表明,增大试样干密度、含水率和掺砂率均可提高其导热性,应变也随之增大,应力受温度影响较早达到平衡;缓冲层靠近热源的位置温度、应力和应变最大,沿轴向方向递减,初始时刻变化明显。     

高放废物地质处置缓冲材料砌块吊装转运及包装工艺的研究进展

在施工安装期,最大限度保护砌块的完整性和安全性,确保缓冲材料原位试验安装技术顺利进行,开展缓冲材料砌块转运和包装技术研究是基础保障。通过调研芬兰、瑞典和日本高放废物处置库缓冲材料砌块的吊装转运及包装工艺流程及设备。初步查明：芬兰和瑞典将制备好的砌块放置在托盘上,转运到轨道运输机或传送带将托盘转运到储存室,区别在于瑞典现场安装以起重安装装置和吸盘为主;日本在处置单元砌块现场安装试验中,采用起重机和机械夹持装置进行吊装,同时考虑砌块加工凹槽和使用辅助带防止砌块掉落;瑞典、芬兰在砌块包装均采用塑料膜包装或者将堆放在托盘上的砌块整体采用塑料膜包装;日本砌块包装采用塑料膜包装。研究表明：采用真空吸吊机可以完成大型砌块吊装转运及安装;小型缓冲材料砌块采用塑封袋包装和大型缓冲材料砌块采用塑料膜包装,能满足缓冲材料砌块临时储存要求。     

高温对混合型缓冲砌块渗透性能影响研究

在高放废物地质处置库中,温度升高会改变缓冲材料的渗透性能。以混合型缓冲砌块为研究对象,在不同温度(25、60和90℃)和含盐度(蒸馏水DI、模拟北山地下水平均值和最大值)条件下进行渗透试验,测试其在Z、θ方向的水力传导系数K。结果表明：水力传导系数K随温度升高而增加,其中在常温条件下,K在10^-12 m·s^-1数量级;而当温度从25℃升高到60或90℃时,K分别升高到1.49～1.76倍或1.09～2.45倍。混合型缓冲砌块的θ方向的K略大于Z方向的K,但不超过2倍,表现为各向同性。干燥状态试样的K值比保湿状态试样的K值高2～7倍,仍满足低于10^-10 m·s^-1的高放废物处置缓冲材料防渗性能要求,干湿状态对水力传导系数影响不大。     

缓冲/回填材料-压实高庙子钠基膨润土的胀缩性试验研究

选用内蒙古高庙子钠基膨润土压实试样进行了室内膨胀力、膨胀变形以及收缩变形的实验.结果表明:高庙子膨润土具有高膨胀、低收缩的良好特性.试样的膨胀力随时间呈渐近线趋势增长,随含水量呈线性增长,随干密度呈指数增长;膨胀变形受初始干密度影响较大,收缩变形受初始含水量的影响较大;在高水分和干密度态下,试样膨胀力为0.85 ～ 4.64 MPa,无荷膨胀率为24.4％ ～40.8％,收缩系数为0.19 ～0.50.     

Ca^(2+)盐溶液在高庙子膨润土中的扩散研究北大核心CSCD

高放废物地质处置库近场地下水可能会对处置库内的屏障体系产生影响,降低处置库的安全稳定。为研究地下水中盐离子在处置库内缓冲回填体系的扩散规律,本文开展了静态无外荷载条件下内蒙古高庙子(GMZ)膨润土在Ca^(2+)盐溶液中自发渗吸的吸附扩散室内试验。从土的微观结构和经典扩散理论对Ca^(2+)在不同干密度和初始饱和度的膨润土试样中的自发扩散规律进行了分析。研究结果表明,在膨润土初始饱和度相同的情况下,试样阻滞系数随其干密度增加而增大,此时Ca^(2+)的扩散能力减弱;当膨润土干密度相同时,随着初始饱和度的增加基质吸力作用减弱,阻滞系数减小,Ca^(2+)的扩散能力减弱。     

集成缓冲材料对锶的长期阻滞效应

缓冲材料作为高放废物处置库中多重屏障体系的最后一道人工屏障,其对放射性核素的阻滞性能将直接影响到处置库的长期稳定性和安全性。以具有低渗透性和良好的膨胀自愈性的膨润土作为集成缓冲材料的基材,以沸石和黄铁矿作为矿物添加剂,三者按照质量比为63∶27∶10均匀混合构成集成缓冲材料B7ZP,并采用恒定源扩散实验分析了锶在干密度为1.70g/cm~3试样中的扩散特性,结果表明,B7ZP缓冲材料对锶具有良好的阻滞性能,其表观扩散系数为3.30×10~(-12) m~2/s。同时,以多孔介质污染物迁移理论为依据,建立了锶在集成缓冲材料B7ZP中迁移的对流-弥散-吸附多场耦合方程,并应用Matlab软件分析了不同的时间尺度、渗流速率、表观扩散系数和阻滞因子等因素下集成缓冲材料B7ZP对锶的长期阻滞性能,为高放废物处置库的缓冲材料设计和长期阻滞性能评价提供科学依据。     

一种新的放射性核素迁移弥散系数计算方法

研究放射性核素在饱和被压实缓冲/回填材料中的迁移对于核废物处置具有十分重要的意义,为了用数学模拟的方法准确地对放射性核素迁移进行描述和预测,首先必须精确地求出有关的放射性核素迁移参数——弥散系数、吸附系数等,其中最重要之一就是弥散系数。目前确定放射性核素在被压实缓冲/回填材料中迁移弥散系数的方法主要有经验公式法和示踪实验。本工作结合放射性核素铀迁移的室内实验,应用概率理论计算了被压实缓冲/回填材料中核素迁移水动力弥散系数,讨论了被压实缓冲/回填材料水动力弥散系数和地下水流速对放射性核素在被压实缓冲/回填材料中迁移的影响。最后总结分析了具体的实现步骤。     

高压实缓冲材料热-湿耦合效应研究

以不同含水率的高压实钠基膨润土为对象,在自行研制的装置上开展了热-湿耦合模拟实验。结果表明：缓冲材料内的温度梯度随加热功率的加大而增大,随湿度和密度的加大而减小;缓冲材料中心温度即加热棒表面温度与某一径向点的温差与加热功率之间呈线性关系,各点处的斜率与其径向距离的对数呈线性关系。     

^239Pu,^241Am,^99Tc和^137Cs在高压实缓冲材料中的扩散系数

本文从物质的一维非稳态扩散规律出发，在常温，纯氮条件下，测定了＾２３９Ｐｕ，＾２４１Ａｍ，＾９９Ｔｃ和＾１３７Ｃｓ在作为高放废物深地质处置库缓冲材料的高压实钠质膨润土中的扩散系数，９０ｄ的实验测定结果表明，在膨润土的干密度为１．９ｇ／ｃｍ＾３时，＾２３９Ｐｕ，＾２４１Ａｍ扩散系数为在１０＾－１５ｍ＾２／ｓ，＾９９Ｔｃ约为１０＾－１３ｍ＾２／ｓ，而＾１３７Ｃｓ约为１０＾－１２ｍ＾２／ｓ，都随缓冲材料     

阵列探测器层析γ扫描自适应检测软件设计

层析伽马扫描(TGS)是一种先进的核废物桶无损检测技术,通过γ探测器对核废物桶进行扫描,可准确地实现核废物桶内放射性核素的定性、定量和定位分析。然而,在未知桶内介质情况下,传统固定探测时间的扫描方式可能导致能谱计数不足,限制了对废物桶的检测效率和准确性。针对该问题,提出一种基于特征峰净峰面积实时反馈的核废物包装体自适应扫描方法,并设计实现了阵列探测器层析γ扫描自适应检测软件系统。软件基于WPF平台和MVVM开发框架,使用西门子S7-1200可编程逻辑控制器设计自动检测流程,实现对扫描过程的自动精准控制。实验测试中,使用137 Cs放射源对桶内三种不同介质进行透射检测和图像重建,同时对软件功能进行了验证。结果表明,提出的方法可准确重建出桶内介质空间位置分布,有效提高了核废物桶的检测效率,为核废物桶快速扫描提供了新思路。     

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。     

核石墨氧化后微观结构观测与分析

针对高温气冷堆中石墨材料在可能出现的事故中的氧化问题,开展了不同氧化程度下IG-11石墨的表面二维电镜扫描观测和三维CT扫描观测实验,分析了石墨氧化后的表面形态特征和内部微结构分布特点。通过试样氧化前后表面灰度概率分布图可知,石墨氧化后由于内部大孔隙的出现,灰度概率分布图由单峰变为双峰。通过分析灰度平均值以及试样分层密度随深度的变化可知,氧化主要发生在距离石墨试样表面1 mm的区域内;当氧化失重率较小时,在浅层区域损失的质量所占比重相对更大,而氧化程度较高后反应形成的开孔孔隙网络才逐步深入材料内部。     

保压时间对压实膨润土孔隙结构影响的试验研究

为研究膨润土压实成型时保压时间对其孔隙结构的影响,采用冻干法对试样进行干燥,然后使用压汞仪测试其孔隙结构特征。试验结果表明:孔隙比和集合体间孔隙体积随着保压时间的增加而减小,极小孔隙的体积则随着保压时间的增加而增大。与不保压样品相比,保压60 min高干密度和低干密度样品的孔隙比分别减少了4.53%、9.40%,集合体间孔径峰值则分别降低了17.03%、21.67%。研究结果可为膨润土压实成型参数及工程实践提供依据。     

碱性溶液对高庙子膨润土缓冲性能的影响

膨润土是高放废物地质处置库中重要的缓冲屏障。但在处置库运营过程中,地下水溶蚀衬砌混凝土产生的强碱性溶液会扩散进入膨润土缓冲屏障,使屏障性能发生退化。本研究设计了专门的接触扩散装置,模拟研究碱溶液在压实高庙子膨润土试样内的扩散过程及对膨润土矿物和微观结构的影响。试验发现随着反应时间增长,膨润土的缓冲能力会下降。膨润土中主要矿物蒙脱石的溶解与碱溶液pH值、温度、时间成正相关关系。相同pH值的KOH和NaOH溶液对膨润土具有相似的影响,从微观结构试验观察到蒙脱石的溶解使膨润土完整性丧失,产生大量的裂隙进而加速溶蚀进程。同时,与KOH溶液反应后观察到新生成的伊利石微晶,表明蒙脱石的溶解和相变是直接导致膨润土缓冲性能退化的主要原因。     

Al-B4C复合材料在硼酸溶液中腐蚀机理研究

采用硼酸溶液模拟乏燃料贮存水池环境,研究Al-B₄C复合材料在其中的腐蚀行为。用SEM、EDS观测腐蚀试样的微观形貌,用XRD测试腐蚀前后试样的物相,并测试腐蚀过程中试样的干重。结果表明：材料中的Al是引起腐蚀的主要因素;0~500 ppm硼酸溶液中,试样腐蚀增重,在表面生成斜晶结构的Al(OH)₃氧化膜,对材料起一定保护作用;2 500 ppm硼酸溶液中,试样腐蚀增重,在表面沉积非晶结构的Al(OH)₃絮状腐蚀产物;10 000~25 000 ppm硼酸溶液中,试样腐蚀失重,表面局部微小区域可观察到龟裂和腐蚀“坑”生成。材料抗腐蚀性能随溶液硼酸浓度的增加而降低,欲提高材料抗腐蚀性能,需对其进行表面保护处理。     

几种典型熔盐冷却剂的热物性研究

熔盐是一种优异的传热介质。热物性数据是熔盐传热应用过程中的关键基础数据。按照制定的样品制备规范、样品测试操作流程和数据处理分析方法,采用差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)、自主研制的阿基米德法密度仪和旋转柱体式粘度仪、改进的激光闪光法导热仪对FLi Na K、Clo Kmag和HTS熔盐的熔点、比热容、密度、导热系数、粘度系数进行了实验测量和数据评估。首次系统地提供了FLi Na K和HTS熔盐在熔点以上80 K温区的粘度系数、Clo Kmag盐的关键热物性数据。为这些熔盐的热工水力设计分析提供了准确可靠的基础数据。