[发明专利]一种地下实验室核素迁移试验现场监测设备及方法

说明书

本发明属于地下实验室核素迁移试验技术领域，具体涉及一种地下实验室核素迁移试验现场监测设备及方法，用于地下实验室核素迁移试验，其中的设备设置在高放射性废物深地质安全处置的地下实验室所在位置的钻孔上，包括高压封堵系统(1)和地下扩散装置(2)，高压封堵系统(1)用于封堵钻孔，保证钻孔内的地下水的低氧还原状态；地下扩散装置(2)用于地下水中的核素在介质中的扩散实验。本发明所提供的设备及方法能够用于长期监测真实地质环境中低氧地下水的pH、Eh、电导率、温度、压力，并开展真实地下环境中核素在低氧地下水中的溶解度测定和核素长期扩散试验，在低氧条件自动收集试验样品。

技术领域

本发明属于地下实验室核素迁移试验技术领域，具体涉及一种地下实验室核素迁移试验现场监测设备及方法。

背景技术

在高放射性废物深地质处置实施之前，需对预选场址和深地质处置库进行安全分析及评价，地下实验室建设及现场试验能够为深地质处置库设计、建造、运行和安全评价分析提供最直接的技术和经验支持。核素迁移是高放射性废物深地质安全处置的核心问题之一。在地下实验室现场，开展核素迁移研究是地质处置工程的必经阶段。地下实验室核素迁移试验现场监测设备及方法的开发使地下水的现场监测和采集以及地下真实环境中的核素迁移试验成为可能,获得的数据将为深地质处置库的安全评价提供科学依据。目前，国内尚无此类设备和方法。瑞典SKB曾经主导开发化学试验仓(CHEMLAB)并在硬岩地下实验室进行试验，试验结果不理想，主要原因是：

1)没有高压封堵系统，导致地下水泄露，电子元器件和阀门受损；

2)实验前没有排除氧气，导致地下水中的Fe(II)的氧化成Fe(III)并生成沉淀；

3)管道没有及时清洗和排空，可能造成结晶堵塞；

4)Eh和pH电极长期浸泡在地下水中使用并且不能定期校准，导致监测数据不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备，能够长期监测真实地下环境中地下水的pH、Eh、电导率、温度、压力，并开展真实地下水中核素在介质中的迁移试验，在低氧条件下自动收集试验样品。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种地下实验室核素迁移试验现场监测设备，用于地下实验室核素迁移试验，设置在高放射性废物深地质安全处置的地下实验室所在位置的钻孔上，其中，包括高压封堵系统和地下扩散装置，所述高压封堵系统用于封堵所述钻孔，保证所述钻孔内的地下水的低氧还原状态；所述地下扩散装置用于所述地下水中的核素在介质中的扩散实验。

进一步，所述高压封堵系统通过第一管线与所述地下扩散装置相连，所述高压封堵系统和所述地下扩散装置均设置在实验管仓内，所述实验管仓设置在所述钻孔内部且所述高压封堵系统和所述地下扩散装置不能够更换，构成钻孔内部分；所述高压封堵系统上设有一对栓塞，还包括第九管线，所述第九管线的一端连接所述栓塞，所述第九管线的另一端连在高压水泵上，所述第九管线用于向所述栓塞内通入高压循环水，通过所述高压循环水使得所述栓塞封堵所述钻孔，所述栓塞内的所述高压循环水维持40MPa的水压。

进一步，还包括地下溶解装置，所述高压封堵系统通过第二管线与所述地下溶解装置相连，所述地下扩散装置通过第八管线与所述地下溶解装置相连；所述地下溶解装置用于开展所述地下水中的核素溶解实验。

进一步，还包括收集系统，所述收集系统通过第四管线与所述高压封堵系统相连，所述收集系统通过第七管线与所述地下溶解装置相连，所述收集系统用于所述地下水的水样的收集。

进一步，还包括示踪剂注入装置，所述示踪剂注入装置通过第五管线与所述收集系统相连，所述示踪剂注入装置通过第六管线与所述地下扩散装置相连，所述示踪剂注入装置用于向所述地下扩散装置和所述地下溶解装置中注入核素。

进一步，还包括地下水采集监测系统，所述地下水采集监测系统通过第三管线与所述高压封堵系统相连，所述地下水采集监测系统用于所述地下水的监测和采集。