用于研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的装置及方法

技术领域

本发明属于放射性废物处置技术领域，具体涉及一种用于研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的装置及方法。

背景技术

放射性废物的安全处置是关系到核能工业持续发展和保护环境、保护公众健康的重大问题。在放射性废物的处理与处置操作中，需要关注的主要是锕系元素、裂变元素和一些被中子活化的放射性核素。

根据我国《放射性废物分类》公告，原则上高水平放射性废物对应的处置方式为深地质处置，高放废物处置库围岩的选择是一项系统且复杂的过程。然而当处置库工程屏障失效后，将可能发生放射性核素的溶解、扩散与迁移，深入研究处置围岩对放射性核素的阻滞作用，查明放射性核素的迁移特性，是开展处置库场址性能和安全评价必要可少的环节。

因此采用适当的方法并设计合理的扩散装置，在实验室条件下获得扩散系数等必要的参数，对于安全评价来说至关重要。

目前核素迁移的实验室研究有三种方法：1.蓄液池法2.毛细管法3.土柱法。毛细管法和土柱法需要对泥岩岩心进行粉碎，在一定程度上破坏了岩心原有的结构。而传统的蓄液池法的装置也需要对岩心进行粉碎后再压片，也不能维持岩心原有的结构，而且装置需要较多的连通管进行连接，容易堵塞管道，也不具备便携性。此外也有其他类型的蓄液池，虽然不需要粉碎样品，但装置设计不够合理，蓄液池体积过大，与真实的地下水条件相差甚远。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的装置，以提供一种结构紧凑，便于携带，且操作简单、稳定性高的装置以研究放射性核素在泥岩岩心中扩散。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的装置，所述装置包含原液池、收集池以及垫片；

所述原液池用于容纳放射性核素溶液；

所述收集池用于容纳岩心地下水；

所述垫片设置在原液池与收集池之间，垫片为空心圆柱体，内设置有容纳泥岩岩心的空间；

所述原液池、收集池上均设有注液孔；

所述原液池的池口与垫片的一端连通；所述垫片的另一端与收集池的池口连通；

所述原液池与垫片连接处设有密封圈；所述垫片与收集池连接处设有密封圈。

进一步地，所述密封圈为O型圈。

本发明的另一个目的是提供一种研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的方法，以最大程度的保存了岩心原有的结构特点，真实的还原岩心所处地下水环境。

为达到以上目的，本发明采用的另一个技术方案是：

一种研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1)，对泥岩岩心进行加工，使之成为表面光滑的片状样品；

步骤2)，将加工过的泥岩岩心完全浸泡在岩心地下水中，直至地下水完全渗透岩心而达到平衡状态；然后将完全饱和的岩心样品放置于垫片中，然后夹在原液池、收集池之间；

步骤3)，向原液池中加入含有一定活度的所需放射性核素的溶液，向收集池中加入等体积岩心地下水，然后对批次的装置进行编号记录；

步骤4)，依据所研究放射性核素的性质，选择适当的扩散天数并定时取样，在每次取样时，打开收集池的注液孔进行取样，完成后需要加入等体积的岩心地下水；

步骤5)，利用液体闪烁计数仪等装置对样品的放射性活度进行测量，结合相关定理和公式对数据进行处理，得到所需参数。

进一步地，所述步骤1)中，片状样品的厚度为1.5cm，直径为7cm。

本发明的有益技术效果在于：

1、本发明提供的装置不仅可以直接开展放射性核素在泥岩岩心中的扩散，也可以将处置库缓冲回填材料膨润土压实成片状进行实验。该装置设计紧凑，通过两个蓄液池之间的垫片和O型密封圈实现对蓄液池的密封，操作简单且稳定性高；且装置体积小，有良好的便携性，便于运输和开展实验。该装置取样方便，原液池、收集池都有相应的注液孔，取样时只需打开注液孔，完成后拧紧即可。

2、本发明提供的方法，相比传统的放射性核素迁移方法，有以下优点：

该方法对钻孔获得的岩心样品，只需进行厚度切割，表面打磨，最大程度的保存了岩心原有的结构特点；该方法对加工好的岩心进行平衡与后续实验，迁移介质为岩心地下水，较真实的还原了岩心所处地下水环境；该方法在每次取样后加入等体积的岩心地下水，更好的维持了原液池、收集池之间的浓度差，更利于放射性核素进行分子扩散。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的用于研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中的用于研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的方法的流程框图；

其中：1-原液池；2-收集池；3-垫片；4-第一注液孔；5-第二注液孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种用于研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的装置，所述装置包含原液池1、收集池2以及垫片3；所述原液池1用于容纳放射性核素溶液；所述收集池2用于容纳岩心地下水；所述垫片3设置在原液池与收集池之间，垫片3为空心圆柱体，内设置有容纳岩心的空间；所述原液池1上设有第一注液孔4，收集池2上设有第二注液孔5；所述原液池1的池口与垫片3的一端连通；所述垫片3的另一端与收集池2的池口连通。

其中原液池1池口处装有O型圈，安装时对应的是垫片3中没有O型圈的一端，垫片3另一端装有O型圈起密封作用并留有有9mm的深度的空间用于固定岩心。装置使用之前和岩心放入之后，需对装置密封性进行查验。

利用上述装置，在开展研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的实验时，还需相应的扩散介质(岩心地下水)、所研究的放射性核素的溶液、放射性测量装置(如液体闪烁计数仪等)，以及若干用于收集放射性溶液的试管。如图2所示，研究放射性核素在泥岩岩心中扩散的具体方法包括以下步骤：

步骤1)，对泥岩岩心进行加工，使之成为表面光滑的片状样品；片状样品的厚度为1.5cm，直径为7cm。

步骤2)，将加工过的泥岩岩心完全浸泡在岩心地下水中，直至地下水完全渗透岩心而达到平衡状态；然后将完全饱和的岩心样品放置于垫片中，然后夹在原液池、收集池之间；泥岩岩心属于多孔材料，核素主要通过其孔隙，在浓度梯度的作用下进行分子扩散，这个过程符合Fick定律；正是利用这一原理，将岩心样品置于核素浓度不同的原液池、收集池之间，在浓度梯度的作用下，核素将从源液池，穿过泥岩岩心扩散至收集池。

步骤3)，向原液池中加入含有一定活度的所需放射性核素的溶液，向收集池中加入等体积岩心地下水，然后对批次的装置进行编号记录；

步骤4)，依据所研究放射性核素的性质，选择适当的扩散天数并定时取样，在每次取样时，打开收集池的注液孔进行取样，完成后需要加入等体积的岩心地下水；

步骤5)，利用液体闪烁计数仪对样品的放射性活度进行测量，结合相关定理和公式对数据进行处理，得到所需参数。

上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。