Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Наши измерения общей концентрации хлоридов в поровой воде также отличаются от результатов, полученных геологической службой, например, скорость инфильтрации в направлении южного конца штольни оказывается ниже, чем скорость инфильтрации, определенная на основе измерений на поверхности. Низкими скоростями инфильтрации можно объяснить тот факт, что признаки бомбового импульса не были обнаружены в разломах в южной части исследовательской штольни.
Таким образом, наличие основных разломов не может само по себе вызвать быстрое продвижение потока воды. Растворы также могут переноситься вследствие молекулярной диффузии в окружающий массив горной породы, где скорости потоков имеют тенденцию к снижению на несколько порядков величин. Большое количество данных, как
теоретических, так и экспериментальных, свидетельствуют о том, что диффузия в массив горной породы - важный механизм переноса в раздробленных средах. Если скорость инфильтрации не настолько высока, чтобы поддерживать продвижение потока по трещинам, вода будет диффундировать из трещин в основной массив породы и поток будет просачиваться вниз через основной массив с замедленной скоростью.
Оказывается, определить истинную скорость инфильтрации, которая в конечном итоге управляет водным потоком через зону аэрации в горе Юкка, гораздо важнее, чем показать наличие путей для быстрого прохождения потока. Атом нептуния не может отличить воду, которой 50 лет, от воды, которой 10 тысяч или 300 тысяч лет. Его перенос по направлению к зоне насыщения будет зависеть от среднего пото-
ка воды, проходящего через хранилище. По мере возрастания инфильтрацион-ного потока возрастает степень насыщения породы. С возрастанием степени насыщения породы снижается капиллярное всасывание воды основным массивом породы и тем самым снижается возможность основного массива породы выкачивать воду из трещин. Таким образом, возрастает возможность течения воды по трещинам.
Анализируя данные о различных поверхностях, содержании хлоридов и хлора-36, исследуя гидрологические свойства различных слоев (т. е. их пористость, проницаемость и плотность трещин), мы постепенно приближаемся к установлению истинной скорости потока, чтобы оценить эффективность хранилища. На данный момент мы установили, что использование средней переменной в пространстве скорости
Number 26 2000 Los Alamos Science
481
Гора Юкка
потока 4 мм/г дает надежные, но консервативные показатели. Продолжающиеся полевые эксперименты в Бастед Бьют, которые мы обсудим позднее, помогают нам при тестировании этого параметра.
Лабораторные тесты по переносу указывают на то, что покрытие трещин также влияет на скорость потоков. Тестировались массивы туфов горы Юкка с трещинами природного и искусственного происхождения. Природные трещины были покрыты минералами, осаждение которых происходило веками. Искусственные трещины не были покрыты минералами. Используя меченые частицы, мы смогли классифицировать эффекты фильтрации по трещинам, диффузию в микропоры массива горной породы и сорбцию минералами, покрывающими трещину. Установлено, что благодаря сорбции нептуний попадает на дно массива спустя длительное время после попадания туда несорбиру-ющегося индикатора. Таким образом, следовые количества минералов в массиве горной породы слабо участвуют в сорбции, но могут достаточно эффективно замедлять перенос, если они сконцентрированы на поверхности трещин. Для оценки влияния сорбционных минералов на перенос радионуклидов проводятся исследования на чувствительность.
Перенос в зоне аэрации
Для оценки эффективности ТОГО, как имеющиеся природные барьеры горы Юкка задерживают миграцию радионуклидов из отходов сначала моделировались времена переноса нептуния через барьеры, создаваемые горной породой в зоне аэрации. Для тестирования моделируемых параметров в настоящее время проводятся крупномасштабные полевые эксперименты по измерению фактических свойств переноса раздробленной породы на местности. Эксперименты проводятся в Бастед Бьют, в 8 км к югу-востоку от предполагаемого хранилища в горе Юкка.
Расчеты для зоны аэрации. Мы моделировали перенос нептуния из хранилища в водоносный горизонт с помощью полномасштабной модели, которая
учитывает такие процессы, как образование химических форм, сорбцию, диффузию, радиоактивный распад, нагрев хранилища и фильтрацию в трещинах и основном массиве породы. На рис. 10 представлены результаты двумерного моделирования базового варианта, в котором используется пространственно меняющаяся скорость инфильтрации, в среднем составляющая 4 мм/г, и данные о химическом составе грунтовых вод, обычном для горы Юкка: pH = 8 с содержанием бикарбоната 150 мг/л, натрия 125 мг/л и кальция 25 мг/ л. Базовый вариант предполагал также конструкцию хранилища, в которой высокая плотность контейнеров с отходами будет приводить к тепловым нагрузкам, достаточным для того, чтобы вода в горной породе, примыкающей к штольне, закипела.
Первое изображение на рис. 10 показывает концентрацию водного раствора нептуния через 2000 лет после размещения отходов в хранилище. Мы предполагаем, что к этому времени контейнеры с отходами начнут охлаждаться, вода повторно увлажнит края хранилища и некоторые контейнеры будут повреждены капающей водой. Нептуний растворяется и быстро переносится через спекшийся туф под хранилищем в процессе фильтрации по трещинам. Однако перенос нептуния существенно замедляется, когда он достигает слоя неспекшегося туфа Calico Hills (обозначенного нижней границей голубого цвета), где преобладает фильтрация через основной массив породы.
