非常量的延迟系数(英文)

延迟系数是描述核素在地质介质中迁移的最重要的参数之一,而且通常都被当作常数使用。该工作的目的是为了说明(1)延迟系数Rd是否常数?(2)如果Rd不是常数,它对计算结果能有多大影响?(3)由分配系数kd按照传统方程推导的Rd是否适用于安全评价?通过对核素在非饱和黄土中迁移实验结果的分析,达到了上述目的。实验结果表明,在非饱和条件下,85Sr的Rd不是常数,而是随土壤含水量θ的增加而增大;由kd按照传统方程推导的Rd不能用于安全评价;用于安全评价的Rd应该由实际测量得到,而不能由kd推导。通过计算表明,Rd对计算结果影响极大。     

85Sr在非饱和黄土中的迁移特征

通过放射性核素在非饱和黄土中迁移的现场试验和实验室模拟实验可以看到：黄土对^85Sr有较强的吸附能力；^85Sr的延迟系数Rd不是常数，而随黄土中含水量θ的增加而增大；由分配系数kd按常用传统公式导出的Rd不仅大于实测值，而且随含水量的变化趋势也与实测结果相反；在天然降水条件下，^85Sr的侧向浓度分布方差σ^2y与纵向浓度分布方差σ^2x相当，这表明，在降水入渗量甚小的非饱和黄土中。^85Sr的侧向迁移是一不容忽视的因素；降水强度明显影响^85Sr的纵向浓度分布方差，但对侧向浓度分布方差影响不大；^85Sr迁移快成分影响着评价结果的保守性。这些特征极大地影响着下游关心点浓度的预测结果，从而极大地影响着污染物通过地质介质迁移的潜在危害的大小。     

天然降水条件下核素在非饱和黄土中迁移快成分的特征

本文通过对^3H和^85Sr在黄土包气带现场示踪试验结果的分析，给出了快成分迁移倍速Uq与快成分份额f之间的函数关系，并按快成分计算出下游计算点的最大浓度与常规计算的最大浓度值的比值。结果发现，以质心运动速度计算下游关心地点的最大浓度在某些情况下是不保守的，核素迁移快成份在安全评价中的作用也是不可忽视的。     

90Sr、237Np、238Pu和241Am在水平土柱中迁移的实验场示踪研究

将装有示踪剂和含水层未扰动土的水平土柱,通过竖井壁水平插入含水层,天然地下水通过与含水层介质紧密相连的一端流过土柱,在另一端接取水样;通过测量实验期间采集的水样和实验结束后切割的土壤样品中示踪剂的浓度,得到核素的迁移数据。实验结果表明,所用核素中迁移最快的90Sr的延迟系数>290,说明黄土对实验所用的90Sr、237Np、238Pu和241Am都有较强或很强的吸附能力;有腐殖酸的3号和8号土柱中90Sr的延迟系数大于无腐殖酸的2号土柱的延迟系数,说明腐殖酸延缓了90Sr的迁移;无腐殖酸的2号水平土柱中90Sr的延迟系数与实验室模拟土柱的延迟系数基本相同。     

85Sr、134Cs和60Co 在黄土中吸附和迁移的研究

本文通过静态实验和动态实验,研究了85Sr、134Cs和60Co在黄土中的吸附和迁移行为以及核素浓度、pH和温度对分配系数的影响.静态实验结果表明,16个样品测定的85Sr、134Cs和60Co的分配系数的均值分别为82、7.4×103和5.4×103mL/g;pH值的变化对三种核素的分配系数有较大影响.动态实验结果表明,三种核素的绝大部分滞留在土柱中,只有少部分从土柱中流出来;三种核素在土柱中的迁移速度从快到慢的顺序为85Sr＞134Cs≈60Co.     

基于MODFLOW对某区域地下水污染的数值模拟及评价

基于MODFLOW软件平台,应用SRTM3 DEM数据和GIS软件,建立研究区饱和带水流运动及核素迁移数值模型,对关注核素3H和90 Sr在地下水中的迁移趋势和环境影响进行预测评价.结果表明:3H迁移扩散较快且浓度不会很快降低至可忽略水平,可造成下游远场地下水污染;90Sr迁移扩散相对较慢,污染范围仅在污染源外围200 m左右.     

~(85)Sr、~(134)Cs和~(60)Co在黄土中吸附和迁移的研究

本文通过静态实验和动态实验 ,研究了85Sr、13 4Cs和60 Co在黄土中的吸附和迁移行为以及核素浓度、p H和温度对分配系数的影响。静态实验结果表明 ,16个样品测定的85Sr、13 4Cs和60 Co的分配系数的均值分别为 82、7.4× 10 3 和 5.4× 10 3 m L/g;p H值的变化对三种核素的分配系数有较大影响。动态实验结果表明 ,三种核素的绝大部分滞留在土柱中 ,只有少部分从土柱中流出来 ;三种核素在土柱中的迁移速度从快到慢的顺序为85Sr>13 4Cs≈60 Co     

水流速度对锶迁移影响的实验研究

分别采用不饱水和饱水黄土土柱对稳定元素锶的迁移进行了示踪实验，结果发现，锶在两类未扰动土柱中的延迟系数可以很好地衔接。对锶的延迟系数进行研究的结果表明：无论在不饱水土柱还是饱水土柱，锶在黄土中的延迟系数Rd不是常数，而随水流速度的增加而增大；无论按峰位还是按质心位置计算，单位喷淋强度下锶的迁移速度随水的喷淋强度的增加而减小。这表明，为了描述锶在黄土中的迁移，使用平衡吸附模式是不合适的。     

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.     

包气带中核素迁移模拟实验的设计和方法

本文主要依据中国辐射防护研究院开展的关于核素在地下水中迁移的研究工作，总结了包气带中核素迁移的土柱模拟实验技术，提出了设计实验的基本方法，讨论了非饱和流场特征、分配系数随含水率的变化、延迟系数的时间尺度效应等因素对实验设计的影响。实验的关键技术是建立所需含水率和流速的稳定非饱和流场，并难确地测量流场参数。在慨述了目前几种建立稳定流场和测量其参数的方法后，以一个例子介绍了利用灯芯效应在土柱中建立稳定非饱和流场的方法和用γ射线扫描技术测量含水率、用^131I作为示踪剂测量水流速的方法及在土柱外直接测量具有γ射线核素迁移速度的方法。     

Modelling the effect of diffusion into the rock matrix on radionuclide migration

Diffusion into the rock matrix is potentially an important retardation mechanism for nuclides leached from an underground radioactive waste repository in a fractured hard rock. Models of this diffusion process are discussed and incorporated into three-dimensional radionuclide migration models. Simple solutions to these models are derived for two regions: the region near to the repository where the nuclide is diffusing into effectively infinite rock, and that much further downstream where the concentrations in the rock and fractures are almost in equilibrium. These solutions are used to evaluate the possible impact of migration. It is shown that retardation factors in excess of 100 and reductions in the peak concentration at a given point on the flow path by three or four orders of magnitude are possible for non-sorbed ions, which would otherwise be carried by the flow and not retarded at all.     

极低放废物填埋场防渗层对~(60)Co和~(63)Ni的阻滞性能

极低放填埋场防渗层设置是阻滞放射性核素进入生态环境的重要工程措施,开展防渗层的阻滞性能研究对于防渗层的设计和环境安全评价具有重要意义。针对来源废物中的主要核素~(60)Co和~(63)Ni,采用静态吸附实验和柱迁移实验获得了场址粘土的饱和渗透系数、分配系数及弥散度等特征参数,并通过数学模型预测了核素穿透防渗层后的浓度变化。结果表明,Co、Ni的分配系数分别为140.92 m L·g~(-1)和380.43 m L·g~(-1),阻滞因子分别为859和2 317,表明场址粘土对~(60)Co、~(63)Ni具有较强的阻滞性能;在防渗层正常发挥功能的情景下,防渗层渗出液中的~(60)Co、~(63)Ni浓度很低,用此类粘土建成的防渗层能够确保当地环境安全。     

锶、铯在页岩中迁移的柱渗滤试验

本文介绍了锶、铯在页岩中迁移的柱渗滤试验程序,给出了用氚水试验的水力弥散系数 D_L 和锶、铯的滞留因子以及静态与动态试验结果的比较。试验结果表明,页岩对锶、铯具有高的吸附滞留性。     

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。     

国际放射防护委员会的剂量系数的可靠性

在评价公众成员摄入放射性核素的辐射危害时，需估算每单位摄入量所致的剂量。摄入放射性素后器官或民受到的剂量是受到的剂量是通过生物学模型和剂量学模型来确定的，因此剂量也必须根据模型来确定。文中初步探讨了国际放射防护委员会给出的剂量系数的可靠性问题。文中首先说明了估算剂量系数的概念和方法，然后分析了剂量系数估算中，采用胃肠道模型，呼吸道模型，系统生物动力学模型和剂量学模型所遇到的不确定度的各种主要来源。     

土壤中钚的迁移行为研究

我国表层土壤中存在的钚主要来自于20世纪中后叶大气层核试验之后的全球沉降。本研究以土壤中现存的钚为研究对象,利用加速器质谱(AMS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对环境中痕量水平钚同位素精准测量技术,在我国部分典型地区进行了现场土壤纵向分层采样和实验室测量。在此基础之上,将对流-弥散方程在单次瞬时输入情况下的解与我国不同地区土壤柱中钚核素的垂直分布数据进行了拟合,得到新疆、湖北、贵州、重庆、甘肃土壤中钚核素的表观对流系数为0.046~0.163 cm/a,表观扩散系数为0.058~0.339 cm2/a,土壤中239+240Pu浓度峰的迁移速率为0.063~0.187 cm/a。实测结果表明,钚同位素在土壤中的迁移速率与土壤有机质含量有明确的负相关关系。     

IAEA SRS-19模型和XOQDOQ模型在ERICA程序陆生生物辐射影响评价中的应用研究

使用ERICA程序对陆生生物进行辐射影响评价时,可以选择IAEA SRS-19模型计算核素在环境介质中的浓度,或者直接输入特征厂址核素在环境介质中的浓度。XOQDOQ模型可以用来计算特征厂址核素在环境介质中的浓度,本文比较了IAEA SRS-19模型和XOQDOQ模型的不同,并以我国某核电厂为例,分别使用两种模型计算环境介质中核素浓度,并采用ERICA程序进行陆生生物辐射影响评价。结果表明,该厂址周围各类陆生生物所受的辐射影响均不大,但使用XOQDOQ模型的计算结果相对较大。     

钚在粘土中的迁移实验

为了获取²³⁹Pu在粘土中的迁移规律,采用静态法和动态柱法实验对其在粘土的迁移进行了研究。结果表明,粘土对²³⁹Pu的吸附能力较强。在实际水流速为0.61cm/d条件下,²³⁹Pu经过150 d迁移距离小于0.2cm。与动态实验相比,采用分配系数计算延迟系数偏小,动态实验结果更接近实际。     

熔岩玻璃体239Pu在地下水中的迁移模拟研究

针对内华达核试验场CHESHIRE地下核试验状况和近场水文地质参数,建立了熔岩玻璃体²³⁹Pu的溶解释放和迁移模型。估算了熔岩玻璃体释放产生²³⁹Pu的速率,将释放出的²³⁹Pu分为溶解态和胶体态,以软件FEFLOW作为建模工具,数值模拟了10万年内溶解态²³⁹Pu和胶体态²³⁹Pu在地下水中的污染羽分布。模拟结果表明,溶解态²³⁹Pu不能发生远距离迁移,影响迁移的关键参数是分配系数,当分配系数大于10 mL/g后,可忽略溶解态²³⁹Pu的远距离迁移;胶体态²³⁹Pu在爆心下游形成较固定的污染晕,距爆心1.3 km处的胶体态²³⁹Pu的模拟活度浓度长期处于10^-2 Bq/L;影响胶体态²³⁹Pu迁移的主要因素包括熔岩玻璃体的溶解速度、熔岩玻璃体释放²³⁹Pu形成胶体态²³⁹Pu的比例、岩层渗透系数。由模拟结果可见,只有当²³⁹Pu形成胶体粒子后才可能发生远距离迁移。     

239Pu(Ⅳ)在花岗岩裂隙介质中迁移的数值模拟

基于双重连续介质模型,根据单裂隙岩体核素迁移规律,推导了核素在平行板单裂隙岩体裂隙域和基质域中的迁移方程,并得出了核素在基质域和裂隙域中的相对浓度。模拟过程中选择²³⁹Pu(Ⅳ)作为分析对象,结合研究区渗透系数和分配系数等参数值,分析了研究区花岗岩岩体裂隙域和基质域中相对浓度的分布情况,预测了²³⁹Pu(Ⅳ)在裂隙域和基质域中的发展趋势和迁移情况。模拟表明²³⁹Pu(Ⅳ)在基质域内的扩散非常缓慢,经过0.5×10⁵ a,扩散范围仅在毫米量级,而在裂隙域中大约迁移3m,模拟结果表明该花岗岩区域具备处置含²³⁹Pu(Ⅳ)等放射性废物的条件。同时讨论了裂隙域水的平均速度、隙宽、渗透系数、基质域和裂隙域内阻滞系数等参数的变化对放射性核素裂隙域迁移情况的影响。