[发明专利]一种新型高放废物深地质处置缓冲材料及其施工方法

说明书

本发明公开了一种新型高放废物深地质处置缓冲材料，将黏土、以花生壳粉末为载体的微生物菌液和加固液搅拌在一起，所述微生物菌液为球性芽孢杆菌、巴氏芽孢八叠球菌、巨大芽孢杆菌、迟缓芽孢杆菌和巴氏芽孢杆菌等配置混合的菌液；所述加固液为氯化钙或硝酸钙和尿素混合的混合溶液；还公开了一种利用该缓冲材料的施工方法，选择处置库，在处置库底部安装隔板，在隔板上放入透水石，透水石上面铺设一层黏土，黏土上面放置高放废物罐，将黏土回填至处置库，打开废液回收罐和气瓶，通入微生物菌液和加固液，将处置库表面的黏土碾压封面，加固黏土表面平整光洁，本发明的导热性、可塑性和长期稳定性都非常好，有效保证处置高放废物的安全。

技术领域

本发明涉及一种新型缓冲材料及其施工方法，尤其涉及一种新型高放废物地质处置缓冲材料及其施工方法。

背景技术

核能不断的开发和利用、核工业的生产研究以及核技术应用均会产生一定量的核废物，按照其放射性水平，将其划分为低放废物、中放废物和高放废物，对于低中放废物，目前国际上已经有较为成熟的技术来对其最终安全处置。

高放废物通常是指乏燃料后处理所产生的高放废液及其固化体，以及直接当作废物处置的乏燃料原件。高放废物的特点为放射性水平高、发热量大，并含有对生物极有害的α放射性的长寿命核素。高放废物含有寿命很长的放射性核素，且释放量大持续好几百年的衰变热，必须与生物圈保持长期的隔离，因此急需有效的安全处置方法。

深地质处置目前被国际公认为处置高放废物的有效方法，其目标是将减容和稳定处理后并密封在合适容器里的高放废物放入与生物圈有足够距离的稳定安全场所中的设施里，封闭隔离，并在相当长的时期内阻止有害核素向生物圈迁移，使将来可能产生的核素泄漏和迁移引起的照射剂量不超过国家法律、法规规定的剂量限值。

中国高放废物地质处置库概念模型是一个多重屏障系统，从里往外依次为废物固化体、废物容器及其外包装、缓冲材料和处置库围岩，前三者为人工屏障，后者为天然屏障。缓冲材料是最后一道人工屏障，因此缓冲材料的选择和工程特性对于整个高放废物处置系统显得非常重要。缓冲材料作为高放废物处置库中的工程阻挡层，填充在废物容器和围岩之间，其作用为:①工程屏障作用：缓冲围岩压力对废物罐的影响，保持废物罐处于处置孔中心，维护处置库结构的稳定性；②水力学屏障作用：充填废物容器与围岩间的孔隙和近场岩石中的裂隙或孔隙，阻止地下水(可能含有腐蚀物质)流到废物罐表面；③化学屏障作用：阻滞核素迁移阻止氧化剂到达废物罐表面；处置库设计有一个重要前提：避免氧化侵蚀，因为氧化环境下腐蚀过程会加速，废物溶解度会增加，废物容器被穿透和其内衬被腐蚀必须有水通过裂口加入，同时缓冲材料阻止放射性气体和水溶化合物渗漏到围岩中；④导热作用：传导核燃料残余能量即衰变能及其转化的热量。

借鉴国外处置库的概念设计研究成果，总体上中国的处置库概念设计中处置库的结构型式可参考采用缓冲回填材料的瑞典KBS－3V模式，即多重工程屏障系统和适宜的地质围岩地质体共同作用来确保高放废物与生物圈的安全隔离。设计思路就是把放射性废物贮存在准备好的废物容器中，废物容器外面包裹着缓冲材料，再往外就是花岗岩围岩，后面两者组成工程屏障系统。在废物的放置方式和处置巷道与处置孔间距方面可参考以玻璃固化体为处置对象的日本处置库模式。

通常情况高放废物处置库安全有效性应大于一万年,而且这一时限还可能随着人类对环境安全要求的提高而延长。与此相适应,对于处置库屏障层材料的选择和功能要求也是非常高的。综合国际上先进国家的研究认识,缓冲材料的研究应涵盖材料组成及结构特性、材料稳定性、材料物理性能、材料化学缓冲性能、添加剂选择和缓和体系性能、材料工程特性以及热水力化学耦合特性等方面。