Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Основным следствием динамических измерений является то, что использование коэффициентов из циклических экспериментов по сорбции в вычислениях для местности дает консервативные прогнозы. Иными словами, расчетные времена переноса радионуклидов на границу хранилища (на расстояние
5 км) будут меньше времени фактического переноса радионуклидов. Таким образом, если расчеты показывают, что
природные барьеры в виде горной породы эффективны при переносе радионуклидов, неопределенности, связанные с механизмами сорбции нептуния, только повысят эффективность барьеров по сравнению с нашими расчетными данными.
Перенос через основной массив в сравнении с течением по трещинам
Другим ключевым вопросом в связи с переносом радионуклидов является вопрос о течении грунтовых вод: насколько быстро и какими путями вода будет проходить через гору? В ранних теориях рассматривались сценарии от “оловянной крыши”, в котором верхний тонкий слой неспекшихся туфов действует как относительно непроницаемый барьер, отводя воду вбок и существенно сокращая просачивание воды в хранилище, до сценария с быстрым течением по основным изломам и трещинам, который допускает инфильтрацию воды в хранилище в течение всего лишь нескольких десятилетий. Исследования показали, что фактические механизмы фильтрации будут несколько более сложными, чем любой из двух указанных экстремальных случаев.
Чтобы оценить прохождение грунтовых вод в горе Юкка, мы начали исследовать, каким образом вода попадает на ее верхнюю поверхность. Ученые из геологической службы США измеряли скорости инфильтрации, проводя нейтронный анализ влажности почвы на глубине 75 м. Сопоставляя такие параметры как выпадение осадков, поверхностный сток воды, испарение, толщина слоя почвы, испарение растениями и гидравлические свойства породы, они разработали пространственную карту инфильтрации через поверхность горы. Согласно этой карте, инфильтрация наиболее интенсивна вдоль гребня, где скапливаются дождевые облака и почти отсутствует почвенный слой, и значительно ниже там, где толстый наносной слой почвы и относительно обильная растительность приводят к высокой интенсивности испарений.
Далее, мы подкрепили данные наблюдений исследованиями процентного содержания воды в образцах поро-
ды, взятых из более глубоких слоев в горе. По мере бурения скважин мы анализировали воду, скапливающуюся в порах образцов на различной глубине, чтобы определить ее возраст и скорость инфильтрации. Когда в горе пробурили штольню для исследовательских целей, мы собрали сотни образцов породы из разных мест по всей ее длине через равные интервалы. Эта U-образ-ная штольня длиной 8 км спускается до уровня потенциального хранилища, а ее искривленное основание параллельно восточной границе хранилища (см. рис. 1). Штольня пересекает основные трещины в горе, которые образовались вследствие разрушения, поворота и вращения блоков в далеком прошлом.
Мы анализировали воду в порах образцов породы на содержание хлора. Поскольку хлориды характеризуются высоким уровнем растворимости, они растворяются в грунтовых водах и переносятся в горе с просачивающейся водой. Концентрация хлоридов в воде, прошедшей через верхний слой почвы, где она может испаряться или впитываться растениями, остается относительно постоянной. Сравнение содержания хлоридов в “поровой” воде ниже этого слоя с концентрацией хлоридов в дождевой воде дает нам информацию о том, сколько воды потеряно при испарении, и позволяет определить общую интенсивность инфильтрации в горе.
Кроме того, хлор имеет радиоактивный изотоп хлор-36, который образуется естественным путем в атмосфере при взаимодействии космических лучей с аргоном. Поскольку количество хлора-36 со временем изменилось, а период полураспада этого изотопа равен 300 тысячам лет, отношение количества хлора-36 к количеству стабильного хлора (36С1/С1) в грунтовых водах является показателем возраста воды.
Оглядываясь на десятки тысяч лет назад, мы обнаруживаем, что соотношение 36С1/С1 менялось, поскольку менялась интенсивность осаждения хлоридов (возможно, благодаря изменениям климата) и менялся уровень образования хлора-36 (вследствие изменений геомагнитной защиты Земли). Наблюдается широкая картина бимодального распределения: достаточно постоянное отношение 36С1/С1, равное приблизи-
Number 26 2000 Los Alamos Science
479
Гора Юкка
100-10'
10-10“
1-Ю'
О
О Бомбовый импульс Д Почти бомбовый импульс • Фон ---- Разлом
О
odX °
Vf.
О 1
Северный конец
ф
V»
Расстояние вдоль исследовательской штольни (км)
T
7 8
Южный конец
Рис. 8. Распределение отношения 36СІ/СІ в воде, содержащейся в порах образцов породы из исследовательской штольни
Большая часть воды периода бомбового импульса связана с разломами (вертикальные линии). Однако в южной части штольни несмотря на наличие разломов такая вода не обнаружена. В обоих концах штольни, особенно в южном, величина отношения 36СІ/СІ снижается, указывая на то, что в этих областях содержится в основном вода, относящаяся к голоцену (возраст менее 10 тысяч лет). Напротив, в центральной части штольни и к северу от нее в основном находится вода плейстоцена ( возраст более 10 тысяч лет). Такие различия, вероятно, возникли в результате изменения толщины слоя туфов Paintbrush, расположенного над штольней: там, где слои туфов толще, период продвижения воды больше
