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

1、本文以系統(tǒng)分析為方法論基礎,建立以系統(tǒng)設計、系統(tǒng)描述、系統(tǒng)建模和系統(tǒng)模擬為主要內容的高放廢物地質處置庫系統(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,它具有認識處置庫演化機制、評價處置庫性能、制定處置庫系統(tǒng)設計方案和識別處置庫研究開發(fā)中關鍵技術問題的功能。
　　 本文首次研究甘肅北山預選區(qū)花崗巖場址中處置庫的演化機制、性能、系統(tǒng)設計方案及其研究開發(fā)中的關鍵技術問題。其研究成果可為正在制定的處置庫工程設計標準、選址標

2、準和處置庫研究開發(fā)頂層設計提供科學依據,為合理配置資源和有效協(xié)調各研究領域之間關系提供技術支持。
　　 本文首先提出甘肅北山預選區(qū)花崗巖場址中處置庫概念設計,并以此為實物對象,應用系統(tǒng)分析方法論描述處置庫系統(tǒng)功能、結構、環(huán)境及其相互關系,闡述處置庫的演化過程,提出對處置庫系統(tǒng)結構和環(huán)境的系統(tǒng)設計要求；然后以上述資料為基礎,應用模擬軟件GoldSim建立該場址的處置庫計算模型,并以該模型為計算機模擬實驗平臺,模擬處置庫中輻射毒性時

3、空分布,分析模型中參數靈敏度,優(yōu)化設計參數,預測和評價處置庫性能；最后以上述模擬實驗結果為基礎,提出了現階段北山花崗巖處置庫的系統(tǒng)設計方案及其研究開發(fā)中關鍵技術問題。
　　 計算機模擬實驗結果顯示: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,其中重點關注時期為處置庫關閉至其后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)內部,處置

4、庫演化過程中重點關注部位是廢物罐、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、處置坑滲透系數、處置坑離節(jié)理帶的最小距離、完整巖石滲透系數、花崗巖密度、核素在花崗巖和地下水體系中的分配系數、核素在裂隙兩側擴散深度、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有:廢物罐的裝載量和失效時間、環(huán)境稀釋率、劑量轉換因子以及上述12個敏感參數；7)以157,000罐廢物為處置庫容量,在其正常演化過程中,當地居民的個人總劑量峰值為4.96μSv/a,其峰值出現時間為處置庫關閉后5.5×105a；該峰值比國際原子能機構的劑量限值低2個數量級。
　　 以上述模擬實驗結果為依據,北山花崗巖處置庫系統(tǒng)設計方案可考慮為:采用“玻

6、璃固化體-廢物罐-膨潤土-處置坑”多重屏障設計；廢物罐的設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計壽命；緩沖材料膨潤土層的厚度為0.59m,處置坑內溫度和壓力的耦合作用不會導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≤10-10m/s,最大震級的地震不會提高其滲透系數；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