高放廢物地質(zhì)處置庫系統(tǒng)分析方法研究——以甘肅北山預(yù)選區(qū)花崗巖場址為例.pdf

1、本文以系統(tǒng)分析為方法論基礎(chǔ),建立以系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)描述、系統(tǒng)建模和系統(tǒng)模擬為主要內(nèi)容的高放廢物地質(zhì)處置庫系統(tǒng)分析方法。此方法是一種組織和管理處置庫研究開發(fā)工作的工具,它具有認(rèn)識處置庫演化機(jī)制、評價處置庫性能、制定處置庫系統(tǒng)設(shè)計方案和識別處置庫研究開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)問題的功能。
　　 本文首次研究甘肅北山預(yù)選區(qū)花崗巖場址中處置庫的演化機(jī)制、性能、系統(tǒng)設(shè)計方案及其研究開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。其研究成果可為正在制定的處置庫工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、選址標(biāo)

2、準(zhǔn)和處置庫研究開發(fā)頂層設(shè)計提供科學(xué)依據(jù),為合理配置資源和有效協(xié)調(diào)各研究領(lǐng)域之間關(guān)系提供技術(shù)支持。
　　 本文首先提出甘肅北山預(yù)選區(qū)花崗巖場址中處置庫概念設(shè)計,并以此為實(shí)物對象,應(yīng)用系統(tǒng)分析方法論描述處置庫系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境及其相互關(guān)系,闡述處置庫的演化過程,提出對處置庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和環(huán)境的系統(tǒng)設(shè)計要求；然后以上述資料為基礎(chǔ),應(yīng)用模擬軟件GoldSim建立該場址的處置庫計算模型,并以該模型為計算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)平臺,模擬處置庫中輻射毒性時

3、空分布,分析模型中參數(shù)靈敏度,優(yōu)化設(shè)計參數(shù),預(yù)測和評價處置庫性能；最后以上述模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ),提出了現(xiàn)階段北山花崗巖處置庫的系統(tǒng)設(shè)計方案及其研究開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　 計算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:1)處置庫中核素的輻射毒性壽命約1×1011a；2)處置庫系統(tǒng)輻射毒性釋放過程可分為上升期、高峰期、平穩(wěn)期和銳減期等4個階段,其中重點(diǎn)關(guān)注時期為處置庫關(guān)閉至其后1×107a；3)處置庫系統(tǒng)能夠有效地把核素的輻射毒性阻滯在系統(tǒng)內(nèi)部,處置

4、庫演化過程中重點(diǎn)關(guān)注部位是廢物罐、玻璃固化體、膨潤土和處置坑；4)處置庫計算模型中對系統(tǒng)輻射毒性峰值釋放率敏感的參數(shù)有:膨潤土厚度和密度、核素在膨潤土和地下水體系中的分配系數(shù)、處置坑滲透系數(shù)、處置坑離節(jié)理帶的最小距離、完整巖石滲透系數(shù)、花崗巖密度、核素在花崗巖和地下水體系中的分配系數(shù)、核素在裂隙兩側(cè)擴(kuò)散深度、巖體深部水力梯度等12個；5)影響處置庫安全性能的關(guān)鍵核素有:Cs-135、Pu-242、U-238、U-234、Th-230、N

5、p-237和U-233等7個；6)處置庫計算模型中能明顯影響處置庫性能的參數(shù)有:廢物罐的裝載量和失效時間、環(huán)境稀釋率、劑量轉(zhuǎn)換因子以及上述12個敏感參數(shù)；7)以157,000罐廢物為處置庫容量,在其正常演化過程中,當(dāng)?shù)鼐用竦膫€人總劑量峰值為4.96μSv/a,其峰值出現(xiàn)時間為處置庫關(guān)閉后5.5×105a；該峰值比國際原子能機(jī)構(gòu)的劑量限值低2個數(shù)量級。
　　 以上述模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),北山花崗巖處置庫系統(tǒng)設(shè)計方案可考慮為:采用“玻

6、璃固化體-廢物罐-膨潤土-處置坑”多重屏障設(shè)計；廢物罐的設(shè)計壽命要求大于處置庫的熱效期,最大震級的地震和地下水狀態(tài)要素不會縮短廢物罐的設(shè)計壽命；緩沖材料膨潤土層的厚度為0.59m,處置坑內(nèi)溫度和壓力的耦合作用不會導(dǎo)致膨潤土吸附性能的降低和處置坑滲透性能的提高；處置坑半徑為1m,其滲透系數(shù)≤10-10m/s,最大震級的地震不會提高其滲透系數(shù)；處置坑離節(jié)理帶的距離≥10m,離斷裂的距離≥100m,離巖體邊界的距離≥1km；巖體有效處置面積要