高放废物深地质处置系统的工程屏障
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发布时间：2022-04-19 09:50
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时间：2023-06-29 07:42
一般把废物体（vetrified waste）、废物罐（overpack）、回填材料（buffer）称为工程屏障（王驹，2006b）（图1.2，魏海，2005）。它是高放废物深地质处置系统中隔离放射性废物的第一道防线，即工程屏障可以有效地阻滞地下水和废物固化体接触，以降低固化体中的放射性物质向围岩中迁移的可能性。
图1.2 工程屏障示意图
（据魏海，2005）
Fig.1.2 Sketch view of engineering barrier system
（Wei Hai，2005）
（1）高放废物的固化
放射性废物的固化是核废物处置前最重要的处理措施之一，它包括将放射性废液转化为废物固化体和核废物固定两种情况。其目的在于减少其在贮存、运输和处理期间由于自然过程而可能造成的放射性物质迁移或者扩散（闵茂中，1998）。目前已有或正在研究的高放废物固化体形式达20 多种，可分为玻璃固化体、陶瓷固化体、金属固化体和复合固化体（Lutze W.et al.，1988；罗嗣海等，2004）。其中玻璃固化是目前国际上工艺最成熟、应用最广的高放废液固化技术，1978年已达到了工业化运行。而陶瓷固化工艺中的人造岩石固化由于具有比玻璃固化体更好的耐浸出性和机械强度，能更好地满足处置要求，被誉为第二代固化体（闵茂中，1998）。目前美国、日本，加拿大、澳大利亚和中国等国家正在对其进行研究和开发。
（2）高放废物的包装
高放废物的包装是指对废物固化体外加容器、衬料使之成为基本处置单元的过程（闵茂中，1998）（图1.3），其目的是保护废物固化体不过早受地下水的侵蚀也便于对废物实施贮存、运输和处置。包装容器的基本要求是机械强度大、耐侵蚀、耐辐射、屏蔽射线性能好等（闵茂中，1998）。国外拟采用的废物容器材料有金属、陶瓷、混凝土、玻璃钢等。
图1.3 高放废物包装容器示意图
（据Milnes，1985）
Fig.1.3 Schematic view of the overpack
（Milnes，1985）
1、3—衬填料；2—塞子；4—废物罐；5—废物固化体；6—外包装容器；7—空隙；8—套筒；9—处置单元外包装
（3）工程回填材料
工程回填材料是指在废物容器之间及废物容器与地质体之间填入的材料，它可以作为一道物理屏障，阻滞水流进入废物包装容器，同时也可以视为在吸附过程中与放射性物质相互作用的化学屏障（Torstenfelt B.et al.，1983；刘月妙等，2007）。因此，要求回填材料应具有长期稳定性、力学性、膨胀性、低渗透性、核素迁移的迟滞性、热传导性、耐辐射性和经济性。国外对回填材料的研究已有20 多年（Borje T.，1986；Radhokrishra H.S.，19；JNC，2000a），如瑞典、美国、日本、法国等侧重对膨润土进行了大量的室内试验与现场测试（Neaman et al.，2005）。已有研究表明，以蒙脱石为主要要成分的高压实钠基膨润土是较理想的回填材料，且在膨润土中加入石英砂有利于增大热传导性。我国于1986年开始研究回填材料，对可作为回填-缓冲材料的膨润土矿床进行全国调查以及相关实验，最终筛选出西北某地的膨润土，因其蒙脱石含量较高、阳离子交换容量和比表面积大、渗透性能低、膨胀性大、导热性能好，可作为首选回填材料（刘月妙，2003；王驹等，2004a）。
