铀矿床作为高放废物处置库天然类似物的国内外研究进展

铀矿床具有目前国际上开发的高放废物深地质处置概念的相似特征，对其开展天然类比研究，是认识核素在地质环境中迁移行为的一种有效方法。本文阐述了高放废物深地质处置库天然类似物的一般概念及天然类比研究拟解决的科学问题。重点介绍了30年来国内外在天然类比研究中取得的主要成果、认识以及国内外研究进展。     

认识高放废物地质处置环境风险的思考

我国在高放废物深地质处置预选区域的前期研究工作中,已经在地质基础、地壳稳定性、构造格架、地震地质、新构造运动、水文地质、工程地质及关键核素的运移行为等方面取得重要进展.要求更长的安全评价期是上世纪90年代以来,国际公众和社会对高放废物地质处置提出的新要求.因而,有待在较长时间尺度上认识高放废物深地质处置预选区域的环境变化及其对核素迁移行为的可能影响.     

高放废物地质处置系统核素迁移模型研究

高放废物地质处置系统核素迁移研究是高放废物安全处理和处置的重要内容。从整个系统的角度出发,把高放废物地质处置系统核素迁移过程分为三种模式:工程屏障中的释放—扩散模型;地质屏障中的对流—弥散模型和在生物圈中的分区传递模型。在分区传递模型中利用转移系数描述核素在各分区之间的迁移。通过对每种模型核素迁移机理的分析得出概化模型,并给出了相应的数学描述。     

高放废物深地质处置地下水数值模拟应用综述

开展地下水数值模拟研究是高放废物处置场地安全评价的重要组成部分,然而深地质处置介质类型的复杂性、基岩深部资料的相对匮乏性导致模拟结果存在不确定性,如何刻画深部地下水动力场并评估可能引起的风险已成为高放废物处置安全评价中重点关注的问题。在大量文献调研的基础上,综述了世界典型国家高放废物深地质处置场地的地下水数值模拟与不确定性分析应用,并归纳总结该领域研究经验,得到以下认识:（1）深地质处置场深部构造、裂隙的发育与展布决定了地下水循环条件,探究适用于基岩裂隙地区新的水文地质试验方法是提高地下水数值模型仿真性的基础;（2）不同尺度模型融合是解决深地质处置地下水模拟的有效技术方法,区域尺度多采用等效连续介质法,场地尺度使用等效连续多孔介质和离散裂隙网络耦合模型,处置库尺度使用离散裂隙网络方法,其次需重点关注未来大时间尺度下放射性核素在地质体中的迁移转化规律,模拟预测场址区域地下水环境长期循环演变对核素迁移的潜在影响;（3）考虑到不同的处置层主岩岩性以及在多介质中发生的THMC（温度场—渗流场—应力场—化学场）过程,目前国内外常用的地下水模拟软件有:Porflow、Modflow、GMS及MT3DMS等用于模拟孔隙或等效连续介质,Connectflow、Feflow及FracMan等用于模拟地下水和核素在结晶岩、花岗岩等裂隙中的迁移,TOUGH系列软件主要应用于双重介质的水流、溶质及热运移模拟;（4）指导开展有针对性的模型和参数的不确定性分析工作,减少投入工作量,提高模型精度,并可针对处置库长期演变、废物罐失效、极端降雨等多情景预测模拟,为处置库安全评价及设计提供基础数据支撑;（5）针对我国深地质处置地下水数值模拟研究现状,下一步应加强区域地质、水文地质、裂隙测量以及现场试验等相关的调查及监测工作,多介质耦合、多场耦合模拟及不确定性分析研究将会是未来的研究重点。     

高放废物处置库缓冲材料化学特性初析

高放废物的特点为放射性水平高,发热量大,并含有对生物极有害的α放射性的长寿命核素.深地质处置目前被国际公认为处置高放废物的有效方法.     

高放废物深地质处置：回顾与展望

文章对我国高放废物地质处置研究的历史进行了回顾,并对未来发展进行了展望。我国的高放废物深地质处置研究开发从1985年开始,迄今为止可初步分为3个阶段：①起步和跟踪研究阶段（1985～1998）;②逐步发展阶段（1999～2005）;③政府规划指导阶段（2006至今）。20多年来,我国在国家法律法规、战略规划、选址、工程屏障、核素迁移研究等方面取得了显著进展。我国已经提出在2020年前建成地下实验室、21世纪中叶建成高放废物处置库的目标。研究开发和处置库工程建设分成3个阶段：试验室研究开发和处置库选址阶段（2006～2020）;地下现场试验阶段（2021-2040）和处置库建设阶段（2041～本世纪中叶）。经过全国筛选对比,已初步选定甘肃北山地区为重点预选区,系统的场址评价工作正在进行。已确定采用膨润土作为处置库的回填材料,并初步确定内蒙古高庙子膨润土为我国高放废物处置库的首选缓冲回填材料。工程设计、核素迁移研究和安全评价也取得了一定进展。1999年起与国际原子能机构开展了3期高放废物地质处置技术合作项目,对提高我国的技术水平起到了积极作用。20多年的研究开发工作为我国在21世纪完成高放废物地质处置任务奠定了基础。     

考虑开挖损伤的高放废物地质处置库温度-渗流-应力耦合数值模拟方法

高放废物地质处置库处于温度?渗流?应力（THM）多场耦合环境中,对高放废物处置库进行安全评估时,需进行多场耦合分析。然而,高放废物处置库开挖引起硐壁附近围岩应力重分布,产生损伤,导致围岩热学参数（T）、渗流参数（H）和力学参数（M）发生变化,且在空间上分布不均匀,这将会对运营期处置库THM耦合演化过程产生显著影响。通过分析高放废物处置库温度?渗流?应力三场的耦合原理和处置库围岩损伤的分布和演化规律,定义了损伤变量和损伤演化准则,并将损伤变量与热学参数、渗流参数、力学参数以及多场耦合参数（Biot系数、Biot模量和温度排水系数）建立联系,将围岩损伤与温度?渗流?应力建立联系,形成了一个弹塑性损伤温度?渗流?应力多场耦合数值模型,然后利用建立的模型对瑞士Mont Terri高放废物地质处置库围岩加热试验进行模拟,对比了模拟值和试验值,比较了考虑开挖损伤和不考虑开挖损伤对高放废物地质处置库温度?渗流?应力的影响,并分析了在多场耦合作用下开挖损伤的演化规律。     

高放射性核废物深地质处置的环境问题

基于“多重屏障原理”的深地质处置是国内外公认的处置高放射性核废物的合适方法。本文从处置库建造与运行对环境的影响及环境对处置库反作用两方面探讨高放废物深地质处置中涉及的有关环境问题,并指出为确保处置库的长期安全性,必须特别注重选址及多因素耦合作用研究。     

考虑开挖损伤的高放废物地质处置库温度-渗流-应力耦合数值模拟方法

高放废物地质处置库处于温度-渗流-应力（THM）多场耦合环境中,对高放废物处置库进行安全评估时,需进行多场耦合分析。然而高放废物处置库开挖引起硐壁附近围岩应力重分布,产生损伤,导致围岩热学参数（T）、渗流参数（H）和力学参数（M）发生变化,且在空间上分布不均匀,这将会对运营期处置库THM耦合演化过程产生显著影响。通过分析高放废物处置库温度-渗流-应力三场的耦合原理和处置库围岩损伤的分布和演化规律,定义了损伤变量和损伤演化准则,并将损伤变量与热学参数、渗流参数、力学参数以及多场耦合参数（Biot系数、Biot模量和温度排水系数）建立联系,将围岩损伤与温度-渗流-应力建立联系,形成了一个弹塑性损伤温度-渗流-应力多场耦合数值模型,然后利用建立的模型对瑞士Mont Terri高放废物地质处置库围岩加热试验进行模拟,对比了模拟值和试验值,比较了考虑开挖损伤和不考虑开挖损伤对高放废物地质处置库温度-渗流-应力的影响,并分析了在多场耦合作用下开挖损伤的演化规律。     

高放废物深地质处置及国内研究进展

核能在产生电力造福社会的同时 ,也留下了放射性废物。我们有责任对这些废物实施安全和正确的管理。本文阐述了高放废物深地质处置的一般概念及处置库选址研究中的若干问题 ,同时介绍了国内高放废物深地质处置研究的进展.     

THM Coupled Modeling in Near Field of an Assumed HLW Deep Geological Disposal Repository

One of the most suitable ways under study for the disposal of high-level radioactive waste (HLW) is isolation in deep geological repositories. It is very important to research the thermo-hydromechanical (THM) coupled processes associated with an HLW disposal repository. Non-linear coupled equations, which are used to describe the THM coupled process and are suited to saturated-unsaturated porous media, are presented in this paper. A numerical method to solve these equations is put forward, and a finite element code is developed. This code is suited to the plane strain or axis-symmetry problem. Then this code is used to simulate the THM coupled process in the near field of an ideal disposal repository. The temperature vs. time, hydraulic head vs. time and stress vs. time results show that, in this assumed condition, the impact of temperature is very long (over 10 000 a) and the impact of the water head is short (about 90 d). Since the stress is induced by temperature and hydraulic head in this condition, the impact time of stress is the same as that of temperature. The results show that THM coupled processes are very important in the safety analysis of an HLW deep geological disposal repository.     

高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法研究进展

地下水流数值模型不仅是认识深部水动力场形成演化机制的有效工具,也是建立核素迁移数值模型的基础,因而是高放废物处置场选址和安全评价中重要的技术手段。高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法较多,如何选择适当的方法也是值得关注的问题。针对高放废物深地质处置地下水流数值模拟技术展开研究,通过阅读大量国内外文献,文章系统阐述了目前常用的4 类地下水流数值模拟方法的研究进展、适用条件和实例应用;综述了深地质处置中常用的模型不确定性分析方法及研究成果,列表给出了适用于放射性废物地质处置的地下水流数值模拟软件及其在废物处置选择和安全评价中的应用。研究结果表明:等效连续介质模型适用于大区域、长序列、裂隙发育程度较高或较均匀的地区,该类模型方法成熟、所需的数据和参数易于获得,但是不能精确刻画裂隙介质中地下水的流动特征。离散裂隙网络模型适合解决处置场地、储罐尺度等需要精细刻画的地下水流问题,但由于需要大量裂隙及其连通性数据、相关参数等,该方法存在着工作量大、耗时多的缺点。双重介质模型主要用于解决区域尺度裂隙水流问题,但并不能表现出裂隙介质的各向异性、不连续性等特征,因而适用范围存在一定的限制。等效-离散耦合模型可以通过区域分解法对裂隙密度大的区域采用等效连续介质模型,对于裂隙密度较小的地区采用离散裂隙网络模型,从而更符合一般地质条件下裂隙渗流的特征,但也存在交换量难以确定、模型耦合技术问题。通过灵敏度分析,将不同敏感因子对模型敏感指标的影响程度进行排序,提高模型精度、减少参数不确定性分析的工作量。蒙特卡罗法是目前常用的一种模型不确定性方法,原理简单、易于实现。文章展望了数值模型在仿真性、不确定性分析、预测和多介质耦合等方面的研究前景。     

大气条件下高庙子钠基膨润土化学缓冲特性研究

深地质处置目前被国际上公认为是处置高放废物的最有效可行的方法。我国采用多重工程屏障系统和适宜的地质体共同作用来确保与生物圈的安全隔离。缓冲材料是高放废物重要的工程屏障材料之一,我国选用高庙子钠基膨润土作为缓冲材料的基础材料。膨润土作为缓冲材料的一个重要性能表现为缓冲孔隙水的化学变化。介绍了GMZ-1钠基膨润土大气条件下与蒸馏水的反应试验,并对试验结果进行了讨论。批式试验反应溶液中钠离子来源于钠基膨润土层间阳离子和矿物溶解,镁离子来源于钠基膨润土层间阳离子,钾离子和钙离子来源于矿物溶解,相关研究认识对于高放废物处置库近场核素迁移研究和评价工程屏障的长期稳定性具有重要意义。     

Estimation of loading density of underground well repositories for solid high-level radioactive wastes

The convective transfer of radionuclides by subsurface water from a geological repository of solidified high-level radioactive wastes (HLW) is considered. The repository is a cluster of wells of large diameter with HLW disposed of in the lower portions of the wells. The safe distance between wells as a function of rock properties and parameters of well loading with wastes has been estimated from mathematical modeling. A maximum permissible concentration of radionuclides in subsurface water near the ground surface above the repository is regarded as a necessary condition of safety. The estimates obtained show that well repositories allow for a higher density of solid HLW disposal than shaft storage facilities. Advantages and disadvantages of both types of storage facilities are considered in order to estimate the prospects for their use for underground disposal of solid HLW.     

核废物处置试验场环境地质研究综述

介绍了国外核废物处理试验场有关环境地质研究现状与进展。据核废物的放射性不同，目前或未来处置的方式不一样：中－低放射性废物（ＩＬＷ－ＬＬＷ）一般采用浅层处置，多置于粘土层或沉积岩层中；高放射性废物（ＨＬＷ）一般通过竖井或平巷处置于深部的花岗岩或岩盐中。根据母岩的类别不同，本文分花岗岩、岩盐、粘土及其它四部分，对不同的试验场的研究计划、内容、方法、进展等进行了评述。     

高放废物地质处置中的工程材料

凡人类从事于与核材料有关的许多生产、生活活动均可能产生不同活度的放射性废物。高放废物由于具有放射性水平高、发热量大、核素寿命长等特点,其安全处置倍受全球科学家和广大公众所重视。目前深地质处置被国际上公认为处置高放废物的最有效可行的方法。借鉴已有研究成果,我国采用多重工程屏障系统(包括废物固化体、废物罐及其外包装和缓冲/回填材料)和适宜的地质围岩地质体共同作用来确保高放废物与生物圈的安全隔离。参照国际上该领域的研究成果,结合我国处置概念,本文就高放废物地质处置中的工程材料(废物固化体、废物罐、外包装、缓冲材料、回填材料),以及其材料选择、设计要求和研究重点等进行了总结。     

高放废物地质处置数据资源集成开发进展

数据资源是高放废物地质处置库选址、安全评价、工程建设等研发的重要基础,该领域数据具有典型的大数据特性,其开发利用是一项长期、系统的科学工程。文章对我国高放废物地质处置数据资源集成开发策略、方法和现状进行了简要介绍,阐述了高放废物地质处置研发过程中产生的各类科学数据的具体特性,提出建立我国高放废物地质处置大数据平台的规划设想,重点介绍了处置库预选区地学信息集成开发现状。