Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Эксперименты в Бастед Бьютт позволили также устранить две неопределенности в моделировании. В частности, это касается адекватности моделей сплошной среды для описания переноса в слоях неспекшегося туфа при высокой степени проницаемости основного массива. Модели двойной проницаемости оказываются более точными в представлении процессов фильтрации и переноса ненасыщенной раздробленной массы породы. Другая проблема заключается в том, каким образом можно точно охарактеризовать переход от фильтрации по трещинам к фильтрации в основном массиве породы на границах между слоями туфов, которые имеют различные гидрогеологические свойства. Когда испытания фазы II будут завершены, они должны помочь нам устранить неопределенности такого рода и еще более приблизить моделирование к реалистичному описанию переноса в зоне аэрации горы Юкка.
Перенос в зоне насыщения
Хотя моделирование для зоны аэрации указывает на то, что времена переноса нептуния до уровня грунтовых вод будут больше 10 тыс. лет, в конце концов радионуклиды достигнут его, попадая со струей радиоактивного загрязнения в зону насыщения. Вторая часть процесса моделирования была, таким образом, связана с моделированием переноса нептуния в зоне насыщения и тестированием параметров моделирования с помощью полевых экспериментов.
Как и в зоне аэрации, грунтовые воды в зоне насыщения будут сталкиваться с раздробленными и с пористыми средами (рис. 15). В раздробленных средах грунтовые воды могут продвигаться относительно быстро по трещинам, но некоторое количество воды будет попадать в трещины постепенно уменьшающегося размера и поры, где такие процессы как адвекция, диффузия в основном массиве породы и сорбция будут сдерживать перенос радио-
486
Los Alamos Science Number 26 2000
Гора Юкка
Pprpd Уровень ^ грунтовых вод
Г ора Юкка
Долина Амаргоза і
Раздробленная Сорбция ' Зернистость среда
Адвекция Дисперсия
минералов
Пористая Крупномасштабная
среда дисперсия
Диффузия в основном массиве породы Радионуклиды
Рис. 15. Концептуальная модель переноса радионуклидов в зоне насыщения
Разнообразные факторы будут оказывать влияние на скорость переноса радионуклидов в зоне насыщения. Как показано в левой части рисунка, адвекция, диффузия в основном массиве породы и сорбция будут содействовать сдерживанию переноса радионуклидов в раздробленных средах. Как показано справа, пористые среды будут замедлять адвективный перенос, а дисперсия, или разбавление, будет способствовать понижению концентрации радионуклидов. Расчеты для зоны насыщения позволяют исследовать взаимодействие всех этих факторов
нуклидов. В пористых средах, таких как аллювий, времена переноса грунтовых вод будут более продолжительными, поскольку вода должна диффундировать в основном массиве, а не проходить потоком по трещинам. Крупномасштабная дисперсия, или разбавление, также будет способствовать снижению концентрации радионуклидов в таких средах.
Расчеты для зоны насыщения. Расчеты переноса в зоне насыщения должны были показать, сколько времени потребуется нептунию, чтобы достичь границы хранилища, обозначенной 5-км отметкой, а затем продвинуться еще на 15 км до точки, где он может попасть в родниковую воду в долине Амаргоза. (Выбор 20-км расстояния предполагает, что через 10 тыс. лет ближайшее население долины будет на 10 км ближе к горе, чем сегодня.) Моделированием зоны насыщения исследовалось влияние адвективного переноса, диффузии в основном массиве горной породы, разбавления и сорбции на длительность переноса нептуния.
Расчеты показывают, что в зоне насыщения концентрация радионуклидов, которые преодолевают естественные барьеры в зоне аэрации, может понизиться. Проще говоря, когда бы ни достиг уровня грунтовых вод пик потока радионуклидов, если продолжительность его продвижения примерно равна или чуть меньше времени переноса воды через зону насыщения до границы хранилища, вода в водоносном горизонте будет “разбавлять” это пик, снижая его максимум и удлиняя период его продвижения. Если же поток радионуклидов достигает уровня грунтовых вод спустя большой период времени, разбавления не происходит, поток будет действовать как постоянный источник радионуклидов в зоне насыщения. Таким образом, зона насыщения станет препятствием в случае отказа естественных барьеров зоны аэрации, который привел бы к резкому увеличению входного потока радионуклидов в водоносный горизонт.
Первоначально перенос радионуклидов в зоне насыщения будет происходить в пористом, раздробленном туфе. Наша модель, таким образом, включает и процесс течения по трещинам, и про-
цесс диффузии в основном массиве породы. Учет моделью последнего фактора замедляет время переноса нептуния до границы гипотетического объекта с одного года (в случае только течения по трещинам) до нескольких тысяч лет. Важным аспектом диффузии в основном массиве породы является то, что она позволяет радионуклидам войти в контакт с минералами в окружающей породе, которые могут адсорбировать их. Как показано на рис. 10, даже малая сорбция оказывает большое влияние на время переноса радионуклидов и максимальные концентрации радионуклидов.
