[发明专利]模拟高放废物地质处置室特性的系统

说明书

技术领域

本发明属于核废物处置技术领域，尤其涉及高放废物深地质处置室热-水-力-化学耦合特性的模拟装置。

背景技术

核工业发展产生了大量的核废物，尤其是高放核废物，如何进行安全处置已成为日益紧迫要解决的环境问题。目前，国际上对于高放核废物处置一般倾向于采用深地质埋藏法。我国也明确表示对高放废物处置库采用这种方式，通过天然和人工屏障体系阻止核素的泄漏与迁移，达到高放核废物安全处置的目的。核废处置库地质选址后，采用有效的工程屏障来确保其长期的安全性和稳定性。国内外研究表明，膨润土是工程屏障理想的缓冲/回填材料，但必须通过对选定膨润土的材料特性、渗透性能、传导特征等的大量研究和进行多场耦合作用长期实验研究，来为设计和构建核废处置库提供依据。由于热-水-力-化学多场耦合现象极其复杂，实验难度大，是当今工程评价研究中的主要方向。

目前，我国已选定内蒙古兴和县高庙子矿床为缓冲/回填材料供应基地，对高庙子膨润土(浅表钙基膨润土和深部钠基膨润土)尚处在基本物理化学性质研究阶段，急待进一步开展缓冲/回填材料膨润土的热-水-力-化学耦合条件下长期性能的实验研究，目前还没有能够进行此种实验的系统。

发明内容

本发明的目的是提供能够模拟高放废物深地质处置室热-水-力-化学耦合特性的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统。并利用此系统进行高放废物深地质处置库首选缓冲/回填材料-高庙子钠基膨润土多场耦合作用的研究，探索模拟处置库条件下压实膨润士的行为特征和多种影响因素的作用机理。从而，建立热-水-力-化学耦合条件下膨润土膨胀及其长期性能研究的有效分析方法体系，揭示多场耦合条件下膨润土行为特征的变化规律，通过理论、数值分析和模拟技术建立多场耦合条件下多重屏障体系的数值模型；高庙子钠基膨润土长期特性评估和预测模型。直接为高放废物深地质处置缓冲/回填材料的选取，工程屏障系统设计及安全性能评估提供可靠的依据。

本发明是这样实现的：一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，包括供水和供气控制装置、温度控制装置、多场耦合实验装置、测量系统、数据采集系统和数据处理系统；

其中，所述模拟高放废物地质处置室特性的系统以多场耦合实验装置为核心，多场耦合实验装置整体为圆柱形多层结构，其最外层为具有带密封盖的桶状不锈钢腔体，最内层为一圆柱体形、用于模拟高放废物的加热器，加热器外围是压实缓冲材料，压实缓冲材料与不锈钢腔体之间的空隙采用填充材料填充；

温度控制装置包括加热器和加热器控制系统，加热器不固定的放置于压实缓冲材料中，上下两端安装有用于监测加热器位移的位移测量装置；

供水和供气控制装置包括：供水供气管路、高压气瓶及控制装置、高压水瓶及控制装置；高压气瓶的出气管连接至高压水瓶，作为高压水瓶的压力来源，供水供气管路连接高压水瓶和多场耦合实验装置，供水供气管路中包含的多根供水供气管从高压水瓶伸出，在所述的不锈钢腔体的圆周方向均匀安装，垂直放置于膨润土块体与不锈钢腔体之间的填充材料中，在填充材料内供水供气管管壁上均匀的开有多个小孔，用于气体或者水的渗出；

测量系统包括：温度测量装置、压力测量装置、位移测量装置、湿度测量装置、气体测量和收集系统；

温度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的温度传感器；

压力测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的土应力传感器和设置于填充材料内供水供气管管壁小孔附近的孔隙水压力传感器；

湿度测量装置包括多个均匀设置于压实缓冲材料中的湿度传感器；

上述测量装置安装于压实缓冲材料中，对不锈钢腔体中的状况进行整体的监测；

气体测量和收集系统安装于不锈钢盖顶部专设的排气孔处，负责收集和测量多场耦合实验装置中溢出的气体；

数据采集系统安装于各个测量装置之后，用于将测量数据传送至数据处理系统；

数据处理系统用于记录和处理数据采集系统采集到的数据，包括：数值模型及评估和预测模型。

如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，所述的加热器包括：圆柱形的加热器不锈钢壳体、充满壳体空腔的导热油或者石英砂、浸没于导热油或者石英砂中的温度传感器和加热棒、不锈钢壳体上部的走线通道和出线口。

如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，所述的压实缓冲材料是膨润土块体，或者是石英砂、膨润土以及少量添加剂组成的混合材料压制而成的块体。

如上所述的一种模拟高放废物地质处置室特性的系统，其中，所述的填充材料是石英砂、膨润土或者两者的混合材料，其中也可以包含少量添加剂；