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核素迁移的现状和发展（西南科技大学安全技术及工程2010000598 徐鑫鑫）摘要：本文着重评述了当前有关放射性废物地质处置的核素迁移研究的进展，介绍了核素的迁移机理，以及讨论了迁移化学和天然类比体系。关键词：核素迁移，进展，核废物处理，迁移化学全世界面临着能源遗乏的紧张局面,大力发展核能将是一种不可避免的趋势。我国在核能发展方面,由于过去认识落后,起步很晚,加上现在资金和技术上的困难,在本世纪末的发展规模是很有限的。但可以预见到,在下一个世纪我国的核电事业必将有较大的发展,以满足大规模的社会主义建设对能源的需求。从另一方面看,发展核电的重要前提是必须安全地处置核动力反应堆产主的大量的放射性废物。这些被公众所厌恶的废物的安全处置问题,已经成为当前核电发展的严重障碍。如在瑞士,法律规定核电站对核废物的贮存和处置负有责任。为此,五个核电站共同出资建立了“国家放射性废物处置组织(NAGRA)”全面负责规划、研究和解决这个难题,然后将根据废物处置方案的安全可靠性,进行全国公民投票来决定继续使用核电站还是关闭全部核电站。最终安全地处置核废物的目的是将放射性废物与人类环境相隔离,使人类不受其放射性的危害。世界各国公认的较为安全的处置方法(主要指高放废物)是地质处置,即将放射性废物处置库建造在深度地质层中,使用工程的和天然的多层屏障将废物隔离起来,天然的深厚的地质岩层和地层成为有效的最后屏障。可是,必须看到这种屏障并不能保证绝对的安全。在几百年、几千年后水泥废物库及包装体终将分崩瓦解,废物中的各种放射性核素将随着地下水流,或多或少地从地下废物库中迁移到生物圈中来。因此，对放射性核素的迁移行为和规律的研究是放射性废物安全处置的一个十分关键的问题。1 核素的迁移机理放射性核素在岩石中随地下水的迁移主要包含三种物理化学作用:1) 由于水流运动及流体个别质点流速、流向差异而引起的机械弥散与分子扩散综合作用而导致的核素迁移,称为水动力弥散；2) 核素随地下水的宏观迁移，称为对流弥散；3) 吸附作用,当放射性核素随地下水流穿过被水饱和的岩石孔隙时,由于溶液pH值不同,在固液界面上进行不同程度的离子交换,形成岩石孔隙表面对核素的吸附作用,从而减缓扩散进程。这三种物化作用是研究放射性核素在裂隙岩石中的迁移规律时的主要方向。2 核素迁移的试验研究及进展核素迁移试验研究从规模和形式上大体可分为三种类型:1）岩样示踪试验: 在专门设计的试验装置内对岩石样品进行示踪试验,试件的尺寸从数厘米到数米不等,试验装置由试件主体部分( 试件、绝热、密封材料等)、压力传导系统和数据采集系统三部分构成。2) 钻孔示踪试验:通过钻孔对放射性核素在处置库围岩中的迁移行为进行观测,并用不同的概念模型和数学模型对处置库中核素迁移时空分布规律进行模拟试验研究。3) 地下实验研究:利用废弃的巷道、矿坑( 井) 建立地下实验室,对放射性核素在地质屏障中的迁移规律进行试验和模拟研究。国际上,开展裂隙岩体核素迁移试验研究较为深入的是美国、瑞典、日本、法国和加拿大等西方发达国家,它们已经开展了一系列以高放废物深地质处置为目的的放射性核素迁移试验研究,取得了大量实质性进展,主要表现为:1)通过各种试验研究,对放射性核素在裂隙介质中的对流、扩散、吸附和阻滞规律及迁移机理的认识得到了进一步提高,为高放废物深地质处置库围岩中放射性核素迁移概念模型和数学模型的建立奠定了理论基础。2)获得了大量试验资料,对以花岗岩、凝灰岩、盐岩、黏土岩等为围岩的处置库，获得了大量放射性核素迁移的水动力弥散参数,为处置库场地的特征评价提供了科学依据。3)长时间、大规模的地下实验研究,为长时间尺度下高放废物深地质处置库安全性能评价提供了比拟研究的途径。4)裂隙岩体核素迁移试验技术和方法得到了进一步完善和发展,开拓了裂隙岩体核素迁移试验新的途径和方法,丰富了裂隙岩体核素迁移试验理论,研制开发了一些适合于裂隙岩体核素迁移试验的试验装置和测量浓度、温度、压力的传感器。我国的实验研究比较零散,实验技术有待完善, 核素迁移规律还没有得到充分阐明,核素迁移模式还需要进一步研究,实验数据的积累也不够。国内主要开展了以下几方面工作:1) 核素在矿物及岩石粉粒上的吸附研究,通常的做法是将岩石粉碎后,在模拟地下水的条件下,通过静态实验和柱迁移实验研究核素在介质上的吸附性能。2) 核素在完整岩石介质和矿物中的迁移研究。3) 野外现场核素迁移实验,在国内开展以放射性废物地质处置为目的的野外核素迁移实验较少。4) 进行模拟处置库条件下的核素迁移研究这一阶段刚刚起步,核工业地质研究院环保中心已经建立起模拟处置库条件下核素迁移研究的实验装置（RAD-MIG），用于研究在较高温度和压力的封闭还原条件下核素的迁移行为。设计工作条件为: 压力0MPa-5MPa,温