[发明专利]一种覆压孔渗核素对流与弥散联测的实验系统及实验方法

说明书

本发明公开了一种覆压孔渗核素对流与弥散联测的实验系统及实验方法，实验系统主要分为贯穿扩散法实验模块和模拟地层法实验模块两部分。贯穿扩散法实验模块通过多通道微量蠕动泵驱动溶液在岩心两端形成液膜，模拟弥散情况，定期更换收集瓶，通过拟合收集瓶中核素浓度计算扩散系数与容量因子；模拟地层法实验模块通过真空泵对岩心进行抽真空饱和，测量饱和前后质量计算孔隙度，通过模拟地层温度与压力条件下驱动溶液至夹持器一端，在出口端测量出液量，进而得到渗透率数据，因此形成了完备的核素迁移规律实验测量与实验研究体系，为综合分析关键核素在地质环境中的迁移规律与特征提供实验数据支持；同时为高放处置库的核安全评级等因素提供参考。

技术领域

本发明属于核素迁移扩散测量实验系统技术领域，具体涉及一种覆压孔渗核素对流与弥散联测的实验系统及实验方法。

背景技术

目前，每年核电站运行产生的放射性废物与日俱增，能否对其进行安全有效的处置关乎着环境保护与人类健康的未来，亦已成为制约核工业可持续发展的重要因素之一。高放废物通常由核工业和国防部门加工成固化体后，放进特制的贮存罐中，再埋入地下数百米深处，利用多重屏障体系阻滞核素迁移。尽管处置库工程设计的屏蔽时间尺度达到万年量级，但由于深地层环境的复杂性及罐体中富含放射性的水体对缓冲介质与填充材料的存在侵蚀作用，一旦发生核泄露事故，以天然围岩为主构成的围护结构将存在放射性核素随地下水向远场生物圈扩散的风险。因此，研究高放废物中关键核素在深地层环境下多重屏障中的迁移规律是核安全评价的关键问题之一，尤其是其中具体涉及到的核素在低渗透性围岩介质的扩散机理研究。

现阶段实验主要集中在室内实验室对核素在介质中的物理化学行为和迁移性能的实验研究。实验室研究核素在给定介质(工程屏障、填充材料等)中的分配系数、扩散系数、孔隙率等物理量来表征其迁移与吸附性质，主流方法主要有扩散池法、毛细管法和柱实验法三种。但目前学界的研究实验都相对零散、整体性差，不能具有一个完整的体系。尤其对于模拟的黏土岩、花岗岩、膨润土等介质，核素在其中扩散时所处核泄露大环境下包含有复杂的热-水-力-化多场耦合因素影响，为具有完备性的实验装置设计提出了很多困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种覆压孔渗核素对流与弥散联测的实验系统及实验方法，为了解决目前的研究实验相对零散、整体性差、体系不完整；以及核素在模拟的介质扩散时，受所处核泄露大环境下复杂的热-水-力-化多场耦合因素的影响，使得设计具有完备性的实验系统遇到困难的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种覆压孔渗核素对流与弥散联测的实验系统，包括贯穿扩散法实验模块和模拟地层法实验模块；贯穿扩散法实验模块包括多通道微量蠕动泵、第一特制收集瓶、第二特制收集瓶和贯穿扩散法岩心夹持器；多通道微量蠕动泵、第一特制收集瓶、贯穿扩散法岩心夹持器与第二特制收集瓶以闭环的方式连接；

模拟地层法实验模块包括恒压恒流高精密注入泵、快速注液容器、活塞容器、围压背压系统的手摇泵、模拟地层法岩心夹持器和真空泵；

所述恒压恒流高精密注入泵通过注入泵水源注入阀门与超纯水储存桶连接；活塞容器通过注入泵注入阀门连接恒压恒流高精密注入泵的输出端，活塞容器与恒压恒流高精密注入泵通过排出阀门连接排出口；注液口阀门连接快速注液容器，快速注液容器的出口端通过外部介质注入阀门连接活塞容器；

所述活塞容器的出口端一路通过介质注入阀门与模拟地层法岩心夹持器的入口端相连，另一路通过真空/注液阀门连接压力表与真空泵；模拟地层法岩心夹持器的出口端一路连接至超高精度数控电子天平，另一路通过真空阀门连接至真空泵；模拟地层法岩心夹持器的筒体通过手摇泵输出阀门与背压围压系统的手摇泵连接。