Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы имитировать поведение нептуния и других радионуклидов, мы нагнетаем смесь несорбирующихся и активных индикаторов и синтетические микросферы. Несорбирующиеся, или консервативные, индикаторы (такие как бромид) движутся вместе с жидкой фазой и позволяют проследить движение воды и определить гидрологические свойства породы. С их помощью исследуются процессы, происходящие при переносе несорбирующихся радионуклидов, таких как технеций. Некоторые индикаторы являются флуоресцентными красящими веществами (флуорес-цеины и пиридон), которые могут быть обнаружены при концентрации -10 ppm. Химически взаимодействующие индикаторы (литий, марганец, никель, кобальт, самарий, церий и флуоресцентный родамин WT) распространяются в основном массиве горной породы или сорбируются на минералах и используются в ка-
Number 26 2000 Los Alamos Science
483
Гора Юкка
Рис. 11. Испытательный полигон в Бастед Бьютт
Два основных туфовых слоя в зоне аэрации хранилища, туф Topopah Spring и формация Calico Hills, находятся на глубине всего лишь 70 м. Мы используем эти формации, чтобы измерить время переноса раствора с индикатором через большие объемы горной породы. Место проведения испытаний разделено на несколько испытательных блоков, в каждом из них осуществляется одна и та же процедура эксперимента: смеси индикаторов нагнетаются через горизонтальные скважины и затем обнаруживаются либо в параллельных им собирательных скважинах, либо при бурении и взятии проб с помощью бура. Сравнение измеренных значений времени прохождения индикатора с результатами моделирования помогает нам проверить достоверность моделей переноса
честве аналогов сорбирующихся актиноидов, таких как нептуний. Наконец, флуоресцентные микросферы полистирола имитируют перенос коллоидов.
Часть испытаний в Бастед Бьютт будет проводиться для проверки моделей фильтрации и переноса и получения новых данных о переносе в гидрологической формации Calico Hills. Испытания проводятся также в трещиноватой горной породе с относительно низким уровнем проницаемости на основе туфа Topopah Spring, чтобы получить данные о взаимодействии основ-
ного массива и трещиноватого. В испытаниях фазы I, завершенных зимой 2000 года, индикатор просто непрерывно нагнетался через отдельные точки, расположенные вдоль горизонтальных скважин длиной 2 м. Предназначенные в основном для испытания оборудования, они дают также ценную информацию о процессе переноса.
Испытания фазы II, проводимые в настоящее время, более сложные. В них используются многоточечные нагнетательные системы и до восьми скважин длиной 8,5 м каждая. В каж-
дой скважине имеется 9 нагнетательных точек (рис. 12). Большие размеры блока для испытаний фазы II (7 м в высоту, 10 м в ширину и 10 м в глубину) позволяют исследовать, каким образом неоднородности большого размера будут влиять на перенос индикаторов. Индикаторы растворяются в воде, которая имеет такой же состав, как по-ровая вода на местности. Скорость нагнетания меняется от 1 до 50 мл/ч, что соответствует скоростям инфильтрации от 30 до 1500 мм/г. Самые низкие скорости нагнетания соответствуют максимальной скорости инфильтрации в горе Юкка, самые высокие используются для получения данных о переносе на большие расстояния в течение двухгодичного срока проведения эксперимента.
В испытаниях фазы II для построения 2-мерных и 3-мерных изображений насыщения испытательных блоков до и во время экспериментов применяются три геофизических метода, основанных на нейтронном анализе, использовании радиолокационной установки и измерениях электрического сопротивления.
Первые результаты были получены при испытаниях фазы 16, проводившихся на базе туфа Topopah Spring. В испытаниях применялась пара скважин - нагнетательная и собирательная, - расположенных около вертикальной трещины, и скорость нагнетания составляла 10 мл/ч (см. рис. 11). He-сорбирующиеся индикаторы начали поступать в собирательную скважину, расположенную на 28 см ниже точек нагнетания, через месяц после нагнетания жидкости. Если бы поток с такой скоростью нагнетания проходил по трещине, то время переноса измерялось бы в часах или днях. Хотя через пару месяцев концентрация индикаторов в собирательных скважинах увеличилась, индикаторы были обнаружены на нескольких площадках сбора по обеим сторонам трещины, а не только на пересекающей плоскости.
Эти результаты показывают, что между основным массивом и трещиной в туфе имеются сильные взаимодействия, являющиеся причиной того, что индикаторы рассеиваются из трещины в основной массив и затем перемещаются путем диффузии в основном массиве. Ни реактивный, ни коллоидный индика-
484
Los Alamos Science Number 26 2000
Гора Юкка
Рис. 12. Многоточечная система нагнетания и сбора, используемая в испытаниях фазы Il
Многоточечные нагнетательные и собирательные системы, используемые в испытаниях фазы Il в Бастед Бьютт, дают информацию о том, каким образом крупномасштабные неоднородности, такие как основные трещины, влияют на перенос индикаторов. Участки серого цвета на рисунке показывают гипотетическое перемещение индикаторов, включая быстрый перенос по вертикальной трещине, которая пересекает нагнетательную и собирательную системы
