模拟含铀废物晶格固化分析

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第2页对于长寿命中低放废物和高放废物的处置，为了确保与人类生活圈安全的隔离lO万年以上，人们还在做各种研究和论证，迄今考虑过的高放废物处置方案有许多种：深地质处置、太空处置、深海海床下的处置、岩熔处置(置于地下深孑L利用废物自热使之与周围岩石熔化成一体)和分离一嬗变(置于反应堆中子流中使长寿命核素变成短寿命核素)等，这其中经过研究和评价认为比较现实可行的办法是深地质处置u。，。深地质处置的概念模型见图1—1。图1—1固化体地下处置概念模型“，Fig．1—1DiSpO$itjORconceptionofwasteformsu

2、nderIand深地质处置采用一整套设施将核废物圈闭起来，以防止或减缓放射性物质向生物圈迁移。一般选择地层稳定性好、含水性差、远离人类活动区的地区作为处置场址。由地表打竖井至深部(一般在地表500m以下)，而后由竖井底部开凿水平坑道，再在水平坑道中打竖井或支坑道，作为废物的存放场所，地下处置库便是由这些坑道、竖井构成的工程设施。高放废物地质处置一般采用多屏障系统的设计，即设置一系列天然和人工屏障于废物本身和生物圈之间，以增强处置的可靠性和安全性。这些屏障包括：废物包装(废物固化材料、废物罐和可能的外包装)、工程屏障(处置库工程建筑物和回填材料)和天然屏

3、障(主要指地质介质本身)。在这样的体系中，地质介质起着双重作用，既保护源项，也保护生物圈。具体地说，它保护人工屏障不使人类闯入，免受风化作用，在相当长的地质时期内为工程屏障提供良好的环境。同时通过一系列物理化学作用，如吸附作用、生物作用、稀释作用等，以限制放射性核素向生物圈迁移一，。表1-1列出了世界各国部分高放废物处置研究状况。我国于1985年制定了高放废物深地质处置研究发展计划(SDC计划)，以高放玻璃固化体和超铀废物为处置对象，以花岗岩为处置介质进行地质处置。西南科技大学硕士研究生学位论文’第3页目标是在2040年左右建成一座国家地质处置库．目前

4、，初步筛选甘肃北山地区，作为我国高放废物处置库首选地区，正在开展对该地区的评价工作。裹1—1世界各国部分高放废物地质处置研究状况““Tab．1_1StudystatusofhighleveIradioactivewastediSpositiORintheworId西南科技大学硕士研究生学位论文第4页1．3核废物的固化处理把核废物固结在固化体中为设计的第一道屏障，称为固化处理。对其进行有效的固化处理可以达到三个目的：一是使液态的放射性物质转变成便于安全运输、贮存和处置操作的固化体；二是将放射性核素固结，阻挡放射性核素进入人类生物圈；三是减少废物的体积。核

5、废物经固化处理得到的固化体在长期贮存和处置过程中会受到地下水、地面水侵蚀，气候变迁，本身衰变热和射线辐照以及植物、微生物影响等各种各样物理、化学、生物的破坏作用，因此希望固化体满足以下要求n”：(1)有足够机械强度，能经受运输操作和事故撞击。若容易破碎成许多小块和形成粉末，则会增加表面积，使放射性核素容易被水浸泡出来与形成放射性气溶胶污染环境；(2)有优良抗浸出性能。在处置状态下，地下水是核素浸出的重要介质，因此固化体的抗浸出性能及其重要，浸出率越低，安全性越高；(3)辐照稳定性好，即使废物自身产生的辐照剂量累计到很大时，也不产生很多辐解气体和显著降低

6、废物性能；(4)热稳定性好，受到外火源短时间作用不着火，不熔解，不分解。自身蜕变热引起的温升不引起自燃，不引起固化体性能明显劣化；(5)不含有游离液体，不腐蚀包装容器，不逸出气体，不发生燃爆反应，不易受细菌、微生物的侵蚀作用。选择固化工艺还要求考虑经济效应和技术可行性。影响经济效应的重要因素是废物包装量。包容量大，产生的固体废物重量和体积小。技术可行性要求工艺过程简单、安全、可靠，设备条件容易满足。此外，还希望固化设备投资和运行成本低，处理各种废物适应性强。目前，核废物固化处理方法主要有水泥固化、沥青固化、塑料固化、玻璃固化及现在极具发展潜力的晶格固化

7、(人造岩石固化)。其中，水泥固化、沥青固化主要针对中低放废物，发展较早，技术上也比较成熟，己在相关国家得到工程化应用。塑料固化由于其工艺复杂，固化体的长期稳定性较差，目前仍处于实验室研究阶段。而针对含有大量锕系元素的高放废物，目前研究较多的是玻璃固化和晶格固化“’”1。玻璃固化是将无机物与放射性废物以一定的配料比混合后，在高温(900℃～1200"C)下煅烧、熔融、浇注，经退火后转化为稳定的玻璃固化体。用于固化处理高放废物的玻璃主要有两类：硼硅酸盐玻璃和磷酸盐玻璃，以硼硅酸盐用的最多。近年来，玻璃固化技术得到了很大发展，人们不仅研究用它西南科技大学硕士

8、研究生学位论文第5页来固化处理高放废物，而且用它来处理中低放废物，超铀元素废物等m，。20世纪