CN107063936A - 用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置 - Google Patents

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CN107063936A CN201710362032.XA CN201710362032A CN107063936A CN 107063936 A CN107063936 A CN 107063936A CN 201710362032 A CN201710362032 A CN 201710362032A CN 107063936 A CN107063936 A CN 107063936A
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伍涛
张志强
杨俊凯
李金英
童艳花
张旭
祝守新
车磊
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00—Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
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    • G01N2013/003—Diffusion; diffusivity between liquids

Abstract

本发明属于高放废物地质处置研究领域，特别涉及一种用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置。该用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置包括扩散池(1)和锁紧机构(2)，扩散池(1)内部装填有多孔材料(3)，扩散池(1)固定在原液瓶(4)的外表面并与原液瓶(4)的内部连通，原液瓶(4)上设置有用于与扩散池(1)连接的连接头(5)，扩散池(1)具有底盖(6)，底盖(6)与连接头(5)之间由锁紧机构(2)锁紧。该用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置可以长时间运行，适合做铀、镎、钚的迁移实验。

Description

用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置
技术领域
本发明属于高放废物地质处置研究领域，特别涉及一种用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置。
背景技术
建立高放废物地质处置库是目前处理核电站产生的乏燃料的最好方法。它采用“多重屏障系统”设计思路，主要分为“工程屏障”和“天然屏障”。各国根据地质条件的不同，选择不同的岩性作为天然屏障，通常选择花岗岩、粘土岩和凝灰岩为天然屏障；选择膨润土为工程屏障。为了确保这些隔离屏障缓冲材料的长期安全性，必须这对这些体系进行科学实验，模拟缓冲材料对高放废物的阻滞性能，即高放废物在处置库环境中的扩散行为。缓冲材料通常选择渗透率低的多孔地质材料，核素的扩散行为主要为扩散行为。
锕系元素238U、237Np、239Pu等是高放废液中的主要放射性核素，它们在多孔地质材料中的扩散速度很慢，需要很长的时间(实验周期大于6个月)才能获得扩散参数。目前国际上主要采用内扩散法模拟高放废物在地质处置条件下的扩散行为，测得核素在多孔地质材料中的浓度分布，由Fick定律拟合得到核素的扩散参数，如扩散系数和分配系数。这些参数均是高放废物地质处置安全评价的核心参数。
常见的扩散池主要是不锈钢材质制成的扩散池，用蠕动泵将放有放射性核素的原液池和样品池连接。如申请号为201310320638.9的发明创造所公开的方案，由于其连通管过多，存在磨损、阻塞、漏液等问题，如果进行锕系元素实验，实验周期长达半年以上，连接管容易出现老化、磨损等问题，从而导致漏液，使得实验失败。并且锕系元素的吸附性很强，在实验周期内扩散距离仅为在几个毫米，通常需要根据扩散距离，对多孔地质材料切片，测量核素的浓度分布。然而该方案很难将压实的多孔地质材料样品取出。此外，开展锕系元素的扩散实验时，还存在如下特点：危险(具有强放射性)、长期(0.5--3年)、高温(80--100℃)、溶液酸度变化大等。常规的实验装置并不能很好地满足实验要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其可以长时间运行，方便将压实的多孔地质材料样品取出，能够开展高温、强酸、强碱等极端条件实验。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，包括扩散池和锁紧机构，扩散池内部装填有多孔材料，所述扩散池固定在原液瓶的外表面并与原液瓶的内部连通，原液瓶上设置有用于与扩散池连接的连接头，扩散池具有底盖，底盖与连接头之间由锁紧机构锁紧。
作为改进，所述多孔材料由粉末在扩散池内挤压而成。
作为进一步改进，所述多孔材料由膨润土粉末在扩散池内挤压而成。
作为改进，所述多孔材料的两端各设有一滤片。
作为改进，所述扩散池呈圆筒形。
作为改进，所述连接头位于原液瓶的侧面。
作为进一步改进，所述连接头和底盖上均设置有一与扩散池的端部配合的凸出部，凸出部伸入扩散池内，凸出部上设有密封垫圈。
作为再进一步改进，所述凸出部上开设有凹槽，密封垫圈套设在凹槽上。
作为改进，所述锁紧机构为螺栓，螺栓通过连接头和底盖上的螺纹孔将扩散池锁紧在连接头与底盖之间。
作为进一步改进，所述扩散池为PTFE或不锈钢材质。
本发明具有以下优点：1、扩散装置由原液池和扩散池组成，采取模块化设计，可以自由更换，扩散池容易拆卸使多孔材料可以方便地推出；2、扩散装置省去了现有技术中的连接管线，与高浓度放射性核素接触的部分密封性好，长期运行不存在漏液现象；3、采用PTFE或不锈钢材质，能满足高温、强酸、强碱等复杂实验条件的要求。本发明通过几年的运行，发现密封效果良好，工作状态稳定，完全实现了设计目标。综上所述，本发明的应用有望拓展核素扩散研究的实验条件，为评估放射性核素在高放废物处置库中的扩散行为提供可靠的实验平台，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的爆炸图。
图中：1、扩散池；2、锁紧机构；3、多孔材料；4、原液瓶；5、连接头；6、底盖；7、滤片；8、凸出部；9、密封垫圈；10、凹槽；11、螺纹孔。
具体实施方式
实施例1
如图1～2所示，用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，扩散装置由原液池4和扩散池1组成。原液瓶4的侧面设置有连接头5，扩散池1固定在原液瓶4的连接头5上并与原液瓶4的内部连通，扩散池1具有底盖6，底盖6与连接头5之间由锁紧机构2锁紧。锁紧机构2为螺栓，螺栓通过连接头5和底盖6上的螺纹孔11将扩散池1锁紧在连接头5与底盖6之间。
扩散池1呈圆筒形，其材质为PTFE或不锈钢。扩散池1内部装填有多孔材料3，多孔材料3由膨润土粉末在扩散池1内挤压而成。申请号为201310320638.9的发明创造中，其中心扩散岩片较薄，容易破碎，而且中心扩散岩片的四周容易发生漏液。本方案中，直接由压片机将膨润土粉末在扩散池1内挤压成型，不仅不容易破碎，而且多孔材料3的四周与扩散池1的内壁较密实，多孔材料3的四周与扩散池1的内壁之间不容易发生渗透。
多孔材料3的两端各设有一滤片7，滤片7为不锈钢滤片。
连接头5和底盖6上均设置有一与扩散池1的端部配合的凸出部8，凸出部8伸入扩散池1内，凸出部8上设有密封垫圈9。凸出部8上开设有凹槽10，密封垫圈9套设在凹槽10上。
实验时，将溶液加入到原液瓶4，平衡5周后加入铀、镎、钚等放射性核素，开始扩散实验。扩散一定时间后，旋开锁紧机构2后将扩散池1拆离，再将扩散池1中的膨润土块推出，分析核素的浓度随扩散距离的分布情况，由Fick定律拟合得到核素的扩散系数和分配系数。

Claims (10)

1.用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，包括扩散池(1)和锁紧机构(2)，扩散池(1)内部装填有多孔材料(3)，其特征在于：所述扩散池(1)固定在原液瓶(4)的外表面并与原液瓶(4)的内部连通，原液瓶(4)上设置有用于与扩散池(1)连接的连接头(5)，扩散池(1)具有底盖(6)，底盖(6)与连接头(5)之间由锁紧机构(2)锁紧。
2.如权利要求1所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述多孔材料(3)由粉末在扩散池(1)内挤压而成。
3.如权利要求2所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述多孔材料(3)由膨润土粉末在扩散池(1)内挤压而成。
4.如权利要求1所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述多孔材料(3)的两端各设有一滤片(7)。
5.如权利要求1所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述扩散池(1)呈圆筒形。
6.如权利要求1所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述连接头(5)位于原液瓶(4)的侧面。
7.如权利要求1所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述连接头(5)和底盖(6)上均设置有一与扩散池(1)的端部配合的凸出部(8)，凸出部(8)伸入扩散池(1)内，凸出部(8)上设有密封垫圈(9)。
8.如权利要求7所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述凸出部(8)上开设有凹槽(10)，密封垫圈(9)套设在凹槽(10)上。
9.如权利要求1所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述锁紧机构(2)为螺栓，螺栓通过连接头(5)和底盖(6)上的螺纹孔(11)将扩散池(1)锁紧在连接头(5)与底盖(6)之间。
10.如权利要求1所述的用于高放废物处置库中锕系元素扩散研究的实验装置，其特征在于：所述扩散池(1)为PTFE或不锈钢材质。
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