Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Второе изображение, соответствующее периоду 10 тыс. лет, демонстрирует струю после того, как вся порода хранилища оказывается повторно увлажненной и все контейнеры с отходами дают утечку нептуния. Третье изображение, через 50 тыс. лет, показывает, что основная струя нептуния достигает уровня грунтовых вод. Концентрации нептуния в воде более низкие по сравнению с предыдущими в основном благодаря разбавлению просачивающимися грунтовыми водами и сорбционным свойствам цеолитовых туфов в слое Calico Hills. Последнее изображение, также соответствующее периоду через 50 тыс. лет, демонстрирует профиль концентраций неподвижного непту-
ния, захваченного цеолитами. Сравнение двух нижних изображений показывает, что даже относительно небольшой уровень сорбции нептуния на цеолитах сдерживает его перенос.
Мы выполнили базовые расчеты и с другими параметрами нагрева хранилища, инфильтрации и химического состава воды. Эти исследования показывают, что тепло распада продуктов деления в отходах не оказывает существенного влияния на процесс переноса нептуния потому, что временной масштаб распространения теплового импульса короче, чем масштаб времени, связанный с процессом высвобождения и переноса нептуния. Основная неопределенность связана с возможностью взаимодействия между породой и водой, которое постоянно меняет степень пористости породы, ее проницаемость и минералогический состав.
Что касается химического состава воды, исследования показывают, что pH грунтовых вод, а также концентрация в них кальция и натрия существенно влияют на сдерживание переноса нептуния цеолитовыми и глинистыми туфами в зоне аэрации. Например, повышение pH до 9 снижает растворимость нептуния, что приводит к более медленной утечке его из хранилища. Однако это снижает также уровень сорбции нептуния на цеолитах, что приводит к более быстрому переносу нептуния. Снижение уровня сорбции будет доминирующим процессом, в результате которого сократится время перемещения нептуния до зеркала грунтовых вод и повысятся максимальные значения концентрации радионуклидов.
Исследования также показывают, что мелкомасштабные изменения химических и гидрологических свойств породы могут повлиять на перенос нептуния и что такие изменения сильно зависят от распределения минералов. В частности, распределение цеолитов влияет на характер фильтрации воды и сорбцию многих радионуклидов. Там, где относительное содержание цеолитов невелико (менее 10 %), а значит, малы коэффициенты сорбции нептуния (Kd < 1 мл/г), проницаемость породы достаточно велика и поток находится под влиянием основного массива. Создается существенное препятствие вследствие
482
Los Alamos Science Number 26 2000
Гора Юкка
(а)
2000 лет
(б)
10000 лет
Концентрация нептуния в водном растворе
(в)
50000 лет
(г)
50000 лет
Концентрация
неподвижного
нептуния
0
Макс
Рис. 10. Моделирование переноса нептуния в горе Юкка
Базовый анализ переноса нептуния в горе Юкка дает прогноз, что на проникновение радионуклидов через природные барьеры и попадание их в водоносный горизонт потребуется 50 тыс. лет. Три верхних изображения показывают концентрации нептуния в водном растворе: (а) края хранилища повторно увлажнены и некоторые контейнеры с отходами дают утечку, (б) вся горная порода хранилища повторно увлажнена и все контейнеры дают утечку, (в) поток водного раствора нептуния достигает уровня грунтовых вод. Изображение (г) представляет концентрацию неподвижного нептуния, сорбированного на цеолитах, в то время, когда водный раствор нептуния достигает зеркала грунтовых вод. Сравнение изображений (в) и (г) демонстрирует важную роль цеолитов в сдерживании переноса нептуния посредством сорбции
диффузии несмотря на невысокие коэффициенты Учет корреляций в расчетах существенно замедляет перенос нептуния. Перенос нептуния еще больше замедляется, если мы учитываем наличие смектитовых глин в основном массиве горной породы.
В целом исследования показывают, что сорбция нептуния на цеолитах в зоне аэрации влияет на времена переноса, которые значительно превышают срок 10 тысяч лет. Таким образом, хранилище может выполнить свою основную задачу в отношении этого важного
актиноида. Однако при моделировании мы используем данные, полученные в ходе лабораторных экспериментов небольшого масштаба, которые не характеризуют эффекты более крупных геологических структур, таких как разломы и стратиграфические границы. Чтобы охарактеризовать влияние этих неоднородностей в зоне аэрации, мы проводим крупномасштабные полевые эксперименты в Бастед Бьютт.
Полевые исследования в Бастед
Бьютт. Мы выбрали Бастед Бьютт, потому что два основных туфовых слоя, которые лежат в основании предполагаемого хранилища, - Topopah Spring и Calico Hills - находятся близко к поверхности одинокого холма (butte) и легкодоступны. Эти слои фактически являются периферическими расширениями формаций ниже предполагаемого хранилища. Место, где проводятся испытания в Бастед Бьютт, находится на глубине 70 м и разделено на несколько испытательных блоков для проведения серии экспериментов (рис. 11). Идея заключается в том, чтобы нагнетать водные растворы с индикатором в горную породу по горизонтальным скважинам, проводить измерения в процессе их переноса и затем сравнивать результаты измерений с прогнозами, полученными при моделировании.
