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论文关键词：膨润土；导热性；高放废物处置；实验设备 随着核科学的发展与核技术的应用，核工业所产生的高水平放射性废物(以下简称高放废物)处置问题日益紧迫。为了核工业与人类、自然的和谐发展，很多国家拟采取多重屏障的深地质处置概念模型来最大限度降低高放废物的危害性【l乇]。由于膨润土具有良好的热稳定性、核素吸附性和极低的渗透性等性能，许多国家选用膨润土作高放废物地质处置缓冲材料的基材¨。1。。高放废物不但放射性强度高、半衰期长，同时放出大量的衰变热，这些热量是影响高放废物处置库，特别是人工屏障稳定性与安全性的最主要因素。衰变热将导致处置库温度升高，一般认为最高可达100℃，这样可能会影响缓冲材料结构与性能变化，所以必须对膨润土进行热传导特性研究n 21。国内对膨润土热性能的研究多仅限于导热参数的测定，而很多国家已经开始高放废物处置大比例尺寸的现场试验研究[13-24]。为了研究高放废物深地质处置时膨润土压实块实地原位热性能变化情况，促进国内高放废物处置水平与国际接轨，设计并制作了这套模拟工程现场的膨润土热传导设备。 同时，该设备还可以用于普通黏土、岩土的热传导性能的科学研究，也可用于热传导教学实验。由于其具有模拟实际工程现场的特点，有助于拓展学生的思维空间，激发创新热情，充分挖掘设计潜能，使科研与教学紧密结合E25-26]。 1设备设计 I．I热传导系统原理及结构 高放废物处置方法中，目前国内外普遍接受的方法是高放废物的深地质处置，其概念模型是由内至外依次为高放废物固化体、废物包装容器、缓冲回填材料组成的多层筒状结构，外部为天然围岩。高放废物处置将产生大量的衰变热，通过缓冲材料逐渐向外扩散，在热量传出过程中，会使作为缓冲材料的温度、湿度及膨胀力等参数发生变化，根据距离衰变热源远近不同，这些参数将会产生规律性变化，还有可能会存在水一热一力等的平衡过程。根据以上高放废物深地质概念模型，设计如图1所示的多层圆筒式热传导主体系统‘2卜31]。 图l 圆筒式热传导系统结构示意图 膨润土作为缓冲材料必须压实成一定密度的块体，才能有效发挥减慢核素迁移速度、加快衰变热传导、均化围岩压力、封闭围岩裂缝及缓解机械破坏等作用，这样密实的人工屏障和天然屏障的双重作用下，衰变热得会比较慢，为了模拟这一效果，热传导系统外部设计为双层钢筒，中间充满保温岩棉的封闭性比较好结构，而且导线及紧固螺栓缝隙用耐高温胶水密封，以确保热量与水分尽可能少地向系统外部环境散失。加热筒模拟高放废物衰变热源，处于多层简体的中心，内部设置2个加热棒，一般开启1根加热，另外l根备用，也可以同时启动2个加热棒来加大功率。加热棒旁边为测定温度的探头热电偶，加热棒和热电偶导线由简体顶部中心位置导出，接入温控箱。为了加快热传导速率，加热筒内充满铝粉。嵌入膨润土块内部的多个温湿度传感器是主要测定温湿度变化的元件，其导线从岩棉中穿过，由简体顶部集中导出，接入信号转换模块。 1．2传感器布置 为了测定膨润土压实块内部在模拟衰变热源的作用下，处于热源不同位置时温湿度随时间的变化规律，需要在土块中布置一些微型温湿度传感器。如图2所示，土块采用层叠的方式加入。图2中土块 |
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