核能广泛用于发电。这种发电方式有几个优点,但也出现了严重的缺点。应消除这些困难,以便进行适当的大规模利用。这些困难之一是在核反应期间形成长寿命同位素。其中一些产品的使用寿命甚至达到 105-106年范围。有一些程序可以提取或消除这些长寿命同位素,但最后,一些同位素仍然存在,活性显著降低,寿命在大约千年范围内。
应详细说明这些产品的可靠和安全沉积。长期地质处置被认为是在生物圈长寿命期间从生物圈中分离这些同位素的适当选择。从这一方面评估了各种类型的母岩的性质,其中有结晶、粘土甚至盐类型。
粘土母岩在这方面表现出一些优势,即它们可能具有显着的吸附和离子释放能力,这两个过程都可能大大延缓危险成分的迁移。其中一些地层已经非常详细地描述了甚至在其中建立了地下实验室以进行原位表征。
粘土岩组已成为沉积的潜在介质。这种地层是广泛的——从它的不同部分收集的样本已被表征。从1050年到1994年,甚至在1999米的深度建立了一个地下研究设施。根据从该设施进行的测量结果中收集的数据,对地层进行了详细的表征。
核废料的生产主要与核电厂的发电有关。核废料的其他来源也很常见。那些用于治疗或工业应用的放射性核素。这些放射性同位素可以通过中子或质子照射某些稳定同位素产生,它们的半衰期通常很短,并且它们的量相对较小。
核废料通常分为两大类,低放废物和高放废物。区分的标准是半衰期和其中存在的放射性核素的数量。低放废物中的主要成分的半衰期很短,可以储存在地表设施中,它们的运行时间预计需要几百年。高放废物中的放射性同位素具有相当长的半衰期。地下设施的建设被认为是最终处置的可靠手段,可以在临界同位素衰变所需的长时间内与生物圈保持适当的隔离。
处理高放废物的一种选择是利用粘土作为隔离介质。在讨论粘土的某些特性之前,值得更详细地讨论高放废物的一些特性,特别是它们与处置设施长时间运行期间发生的粘土矿物可能发生的相互作用。
在常规核反应堆中,能量是通过分裂产生的235具有中子辐照的U核。在传统燃料类型中235U含量从矿石中的天然富集。其余的燃料是两种同位素均为氧化物形式。重U核的裂变导致形成两个新的原子核,并且还发射了一些中子,这可能会传播该过程。起始产品和最终产品的质量之间存在很小的差异。
这种差异的相应能量当量是最终总余额中产生的热量。裂变中产生多种原子核,其中许多是不稳定的,在以后的工艺中将通过发射或辐射稳定下来。在这些裂变产物中有几个不稳定的原子核,它们的半衰期相当长。在核反应堆中,不仅裂变而且中子的捕获也可能进行。两种同位素均为氧化物形式可以捕获一个中子和同时辐射239Np 形式。
这个原子核也是不稳定的,通过形成发射一个电子239濮。这种产品仍然不稳定,但使用寿命更长。钚也可以用作反应堆燃料,但用于分裂239Pu核其他类型的反应器条件最优。还形成了大量其他短半衰期同位素,它们会影响反应堆的工作条件。使用一段时间后,燃料棒从反应堆中取出。
它们可以在之后存储,而无需进一步使用。它们具有很高的辐射性,其中仍然会产生大量热量。操作后它们通常保存在水池中,然后保存在其他临时存储设施中。但是,其中存在半衰期长的同位素,应以某种方式提供其最终安全处置。这种直接利用核燃料称为开放式燃料循环。
另一种选择是再处理。用过的燃料仍然含有235U 量约为1 %,并且还值得提取新形成的超铀同位素可用作核燃料。在再加工的各个步骤中,长寿命同位素的数量显着减少,但在程序结束时它们仍然大量存在。此版本的利用率称为封闭燃料循环。这种活性相当高,即使在大约一百万年的储存之后,水平仍然保持不变。
嬗变也是减少高放废物中存在的放射性幼石数量的进一步可能性。特定的受控核反应可以通过用加速电子、质子等照射不同的目标同位素来引发。也可以从可用的目标核中提取稳定能量。这个过程非常复杂,应该以不同的方式分别对每种同位素进行,因此在不久的将来不能期望它的实际应用。
这个简短的概述可以用长寿命同位素是核电站发电的副产品的结论来概括。其中一些同位素的寿命可能会延长到甚至106年。这种同位素的量可以通过各种程序减少,但不能完全消除。由于其使用寿命长,这些废物同位素应从生物圈中分离出来。根据最近普遍接受的考虑,透视解决方案可能是地质介质中的处置。
关于地质处置,通常提到两种类型的屏障,即工程屏障和自然屏障。工程屏障包括即时封装、高吸附能力的多孔材料,等和罐子所在的竖井的加固壁。天然屏障是地质介质。在最初的几百年里,工程屏障应该能够维持与长半衰期同位素的分离。由于腐蚀和其他热液过程,该屏障的组成部分可能会失去其保护能力,因此天然屏障的作用可能会在以后得到强调。
在处置场的工作周期中可能会发生几个过程。应该考虑到衰变原子核的程度很大,因此同时产生大量的热量。大多数设计方案都考虑了地面以下的沉积地点,也不能排除存在一定量的水。由于辐射效应,还可能形成自由基或还原自由基。
可以通过镎的情况来说明这种情况,在处置场关闭时,环境暴露在空气中,闭合后该地点被隔离,pH值接近岩石的平均值。随着时间的流逝,工程屏障周围的混凝土密封开始侵蚀,封闭环境中的pH值可能会增加到10。后来系统可能非常缓慢地接近整个岩石主体的分离状态。形态随着pH值的升高而变化,阴离子组件稍后将占主导地位。由于其负电荷,该组件可能很容易迁移。迁徙了几百年 端可能形成成分,它是中性的因此会沉淀。
简化的例子可能已经给人一种印象,即各种长半衰期同位素的形态和pH依赖性可能不同。实际情况要复杂得多,温度可能达到取决于经过的时间和深度,静水压力可能在范围内,在这些条件下可能发生各种相互关联的地球化学过程,这些过程会影响同位素在母岩中的扩散。
粘土岩被广泛认为是最终废物处理场的合适介质。粘土矿物具有几种用于隔离的有利特性。它们具有开放的分层结构,很容易吸附或化学吸附阳离子。由于粘土岩的有利特性,大量精力致力于将它们作为可选的处置地点进行研究。核能机构成立了一个工作组,专门研究深层地质废物管理系统稳定性和缓冲能力的科学基础。该俱乐部组织了几次会议,其结果已发表在研讨会论文集。其他专门会议也专门讨论这一主题。
欧洲已经非常详细地描述了三种粘土岩类型。即法国布雷的卡洛沃牛津地层、瑞士蒙特特里的奥帕利努斯粘土和比利时莫尔的繁荣粘土。总结并比较了这些粘土的一些基本性质和一些特征矿物表。博达粘土石的特性也包括在内以供以后比较。
博达粘土岩组的上二叠纪沉积序列位于匈牙利西南外多瑙河南部的西梅切克山脉。巨型单元的一部分,包括潘诺尼亚盆地东南半部的地下室。在瓦里斯坎正统之后,梅切克山脉的大陆沉积始于二叠纪早期,一直持续到下三叠纪。是这个约2000-4000米厚的硅碎屑层序的一部分。它与下层组的过渡是一致的,而与组的上覆地层的边界通常是尖锐的。
对匈牙利今后的高放核废料处置场也有顾虑。成为潜在的宿主。数据的简要比较表明每种粘土岩都具有截然不同的特性——每种粘土岩都应该进行具体表征。博达粘土岩组的上二叠纪沉积序列位于匈牙利西南外多瑙河南部的西梅切克山脉。潘诺尼亚盆地东南半部的地下室,博达粘土岩组的地质图。
在瓦里斯坎正统之后,梅切克山脉的大陆沉积始于二叠纪早期,一直持续到下三叠纪。博达粘土岩组是这个约2000-4000米厚的硅碎屑层序的一部分;它与下层的过渡是一致的。博达粘土岩组沉积在半干旱至干旱气候条件下的浅水湖相环境。根据我们目前的知识,博达粘土岩组最中间最厚的单元只有一个灰黑色的白质粘土岩,含有黄铁矿和最终传播的有机物,其滴答声约为3-4米。在其下部和上部过渡区。
在X射线衍射、差热分析和电子显微镜矿物学研究的基础上,博达粘土岩组的主要成岩矿物是,粘土矿物,自生钠长石,石英碳酸盐矿物和赤铁矿。重晶石、硬石膏、自生钾长石和碎屑成分也总是以痕量进行鉴定。自生钠长石以钠长石水泥、钠长石和碳酸盐衬砌的不规则白色空隙和砂岩床中碎屑长石的钠长石替代形式存在。
博达粘土岩组的六种主要岩石类型可以根据矿物学,地球化学和结构学考虑来定义,即白化粘土岩,白铝石,“真”粉砂岩,白云石层积物,砂岩和砾岩。它们的矿物成分显示在区块中,可以根据矿物学,地球化学和纹理考虑来定义山脉的环斜结构相同的岩石类型。
博达粘土岩地层分为三个主要部分。有关单位的表征,在白垩纪中期,根据西梅切克山周围反斜结构中上覆地层的厚度,博达粘土岩组位于至少3.5至4.0公里的埋藏深度。在梅切克山脉的抗斜周结构区域确定的数据表明,根据伊利石和绿泥石的结晶度以及镜质体反射率,最高为200-250°C。
在深钻戈里察区块的岩心样品中测定了较高的伊利石和绿泥石结晶度,表明戈里察区块的博达粘土岩组经历了较低品位的成岩作用。博达粘土岩组有不同的探索阶段和详细特征。有一段时间,甚至建立了一个地下研究实验室,并一直保持在地下1050米的深度。在那里进行的研究结果收集在各种报告中。这些数据是从建立废物处理场的标准方面分析的,其主要结论汇编在文摘。最重要的结论也在“红土俱乐部”会议上提出。