Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 16 представлены результаты расчета для гораздо более пессимистичного сценария утечки отходов, чем в базовом варианте. В этом расчете предполагается, что первый контейнер с отходами разрушается через 1000 лет, в течение последующих 30 тыс. лет непрерывная утечка нептуния продолжается, а затем прекращается. На верхнем графике представлена кривая времени достижения нептунием уровня грунтовых вод; нижний график представляет перенос нептуния через зону насыщения до границы хранилища для двух случаев: в отсутствие сорбции и при низком
уровне сорбции (среднее значение коэффициента ~2 мл/г). Заметим, что хотя сорбция не снижает максимальную концентрацию радионуклидов, достигших границы, даже при слабой сорбции поступление нептуния задерживается на 10 тыс. лет.
Мы исследовали также перенос радионуклидов на расстоянии до 20 км от хранилища. В этих расчетах необходимо было учитывать прохождение потока через сильно пористый аллювий (рис. 15). В результате времена переноса нептуния существенно увеличиваются, при этом сорбция нептуния на аллювии способствует продлению процесса переноса на период от 10 до 50 тысяч лет. Как показывают расчеты, сорбция приводит к снижению концентрации нептуния, достигшего долины Амаргоза. По расчетам, через 100 тыс. лет концентрация нептуния в долине будет не выше 10 частей на триллион, что представляет ничтожно малую опасность для здоровья. Таким образом, диффузия в основном массиве породы, сорбция, а также разбавление, о котором говорилось выше, делают зону насыщения важной составляющей “защиты на глубине”, обеспечиваемой естественными барьерами в горе Юкка.
Number 26 2000 Los Alamos Science
487
Гора Юкка
Время с момента размещения (лет)
Рис. 16. Перенос нептуния в зоне насыщения
Даже слабая сорбция существенно замедляет перенос нептуния в зоне насыщения. Ha двух графиках представлен наихудший вариант сценария, по которому происходит утечка отходов: первый контейнер с отходами разрушается через 1000 лет, после чего происходит непрерывная утечка нептуния в течение 30 тыс. лет. Ha верхнем графике представлено течение нептуния-237 через зону насыщения.
Ha нижнем графике представлены концентрации нептуния на границе хранилища на расстоянии 5 км вниз по потоку для двух случаев: в отсутствие сорбции (сплошная линия) и при слабой сорбции (пунктирная линия)
Однако несмотря на обнадеживающий характер расчетов, последнее слово еще не сказано. Требуется и дальше проводить экспериментальную работу и моделирование, чтобы исследовать возможность коллоидного переноса. Такой характер процесс переноса может принять в результате сорбции радионуклидов не на стационарном слое туфа, а на частицах, таких мелких (размером от 1 нм до 1 мкм), что они остаются во взвешенном состоянии в потоке грунтовых вод и перемещаются вместе с ним. Процесс коллоидного переноса вызвал интерес после того, как всего через не-
сколько десятилетий после подземного ядерного испытания было обнаружено, что небольшое количество плутония мигрировало через зону насыщения на расстояние более одного километра. Очевидно, перенос произошел в результате сорбции на коллоидах (см. вставку на с. 492).
Полевые испытания в зоне насыщения. Для проверки результатов моделирования для зоны насыщения мы провели серию полевых испытаний с применением индикаторов на базе комплекса, называемого “С-скважины”. Эти скважины расположены приблизительно в двух километрах к юго-востоку от предполагаемого хранилища и пробурены в трещиноватом вулканическом туфе. По отношению к потоку грунтовых вод они находятся непосредственно внизу по течению от южного конца хранилища.
В испытаниях, проводимых в С-сква-жинах, мы нагнетали воду с разнообразными индикаторами в породу в зоне насыщения через одну скважину и одновременно откачивали воду из другой скважины, расположенной на расстоянии 30 м, создавая петлю для циркуляции воды между этими скважинами. Устанавливая насадки в нагнетательной скважине, которыми перегораживали выбранные отрезки вдоль ее длины, мы смогли провести исследование переноса через различные стратиграфические слои, имеющие различную гидравлическую проводимость.
В качестве индикаторов использовались бромид лития (состоящий из небольшого катиона и небольшого аниона), пентафторбензат (PFBА, большой анион) и микросферы из полистирола (моделирующие коллоиды с отрицательным поверхностным зарядом). Микросферы были помечены флуоресцентным красящим веществом, чтобы их можно было обнаружить при цито-спектрофотометрии потока. Бромид и PFBA - несорбирующиеся растворимые вещества с различными коэффициентами диффузии, а литий - слабый сорбат. В отдельных лабораторных исследованиях процесса сорбции лития в туфах С-скважин определялся коэффициент диффузии в основном массиве для всех индикаторов.
На рис. 17 представлены данные о концентрации индикаторов во второй скважине в зависимости от времени для одного из проводимых нами полевых испытаний. Удивление вызывает бимодальная (с двумя максимумами) форма кривых. Такую форму можно объяснить за счет относительно малой доли индикаторов, быстро переносимых между скважинами через плотно спекшийся трещиноватый (раздробленный) туф. Большая же часть индикаторов проходит через частично спекшийся и менее раздробленный туф более медленно. Эти результаты подтверждают концепцию двойной проницаемости, лежащую в основе наших расчетных моделей: в основном поток проходит по трещинам, но большое количество почти стоячей воды присутствует и в основном массиве породы и рассеивает индикаторы.
