CN1162700C - 用于核素迁移研究的循环柱实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于核素迁移研究的循环柱实验装置，它包括实验柱、流量计、取样器、贮液容器和循环泵，从循环泵出口经实验柱到流量计入口采用封闭式螺帽和不锈钢联接，其余部分采用塑管密封联接。其中实验柱圆柱体的两端与锥形接头密封联接，中段的吸附介质两侧依次为尼龙网、孔板、组合件。其突出优点是可以通过调整吸附介质填充高度并配备相应高度的组合件进行多种液固比实验，且该装置拆装方便、使用安全、测量准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置，尤其是涉及一种循环柱试验装置。
背景技术
放射性核素迁移行为是核废物地质处置安全评价和环境影响评价中的核心问题。在核素迁移实验研究中，通常采用的两种方法是静态法和动态柱法。静态法是在吸附平衡状态下，以液相测量计算吸附分配比(Kd)的，与现场实验结果相比Kd值偏大。动态柱法是用水淋洗加有核素的柱子，或者是将含有核素的溶液流过有介质的柱子，测量流出液，最后将柱子解体测量，其实验周期长，难以获得吸附分配比的定量结果，且实验结果难以重复。K.H.LISER和U.MOHLENWEG1988年在Radiochemical Acta(44/45 129-133)公开了一种用于测量核素吸附分配比的循环柱实验装置，它包括循环泵、针型阀、锥形顶(conical top)、贮液容器，但该装置存在以下不足：(1)用注射器穿透胶管取样，存在放射性溶液泄露的危险，尤其是核素迁移测量中需要多次取样，更易存在这种危险；(2)整个循环装置是密封的，在实验介质渗透性小的情况下，要想液体流过介质，需要提高泵的压力，但该装置贮液容器只能采用软管联接，这就存在着管路爆裂的危险；(3)实验柱的两端采用夹板式四螺杆固定，拆卸繁琐，且只能作一种长径比实验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全性强、测量准确、迅速，且能够进行多种长径比实验的用于核素迁移研究的循环柱实验装置。
本发明的技术方案包括如下内容：
一种用于核素迁移研究的循环柱实验装置，它包括实验柱、贮液容器、循环泵，其中，在实验柱和贮液容器之间设有流量计和取样器，且从循环泵出水口经实验柱到流量计入口采用封闭式螺帽与不锈钢管联接，从流量计出口经取样器、贮液容器到循环泵进水口采用塑管密封联接，所说实验柱的圆柱体两端与锥形接头密封联接，其中段部位的吸附介质两侧依次为尼龙网、孔板、组合件。
本装置采用循环泵加速了液体的循环，且在循环泵出口经实验柱到流量计采用密封式螺帽和不锈钢管联接避免了由于压力大而导致管路爆裂的危险；设有取样器，可随时取样，且避免了放射性液体泄露的危险；实验柱可以通过调节吸附介质的填充长径并配备相应高度的组合件，可以进行多种类型的长径比实验。实验结果表明，利用本装置测量的吸附分配比非常接近现场实验。
附图说明
附图1是循环柱实验流程示意图，附图2是实验柱结构示意图。
图中1—实验柱 2—流量计 3—取样器 4—贮液容器 5—循环泵 6—吸附介质 7—尼龙网 8—孔板 9—组合件 10—密封圈 11—锥形接头 12—圆柱体
具体实施方式
下面结合附图对本装置进行进一步说明。
将实验柱1的圆柱体12的中段部位用吸附介质6填充，然后在吸附介质6两侧依次放上尼龙网7、孔板8、组合件9，再将实验柱的圆柱体12两端与锥形接头11通过密封圈10密封联接。
根据介质对不同核素的吸附性强弱，如强、较强、较弱、弱的情况，吸附介质的装柱长径比设计为0.5∶1、1.0∶1、1.5∶1、2.0∶1，相应的组合件9的高度分别为23mm、18mm、14mm、8mm。
利用本装置进行核素237Np和238Pu迁移研究的实施例如下：
(1)装柱
将试验介质黄土(25-80目)填充在19×70mm的有机玻璃柱中，介质的填充高度为20mm，用18mm组合件组装而成。用差重法计算填充介质的重量。
(2)检漏、加入核素
将装好的黄土柱，安装在循环实验***中，联接所有管路接头，并放置24小时，然后加入已知量的地下水，在***中循环检漏。在确认无漏时，运行数小时待流量稳定后，排出循环水，测量其体积，并加入已知量的放射性核素237Np或238Pu，搅拌均匀后首先取样0.25mL，烘干，在低水平α测量仪上测量。将示踪溶液返回到循环实验***中的贮液容器中，开启循环泵，调节流量计，流量控制在1.6～2ml/min。
(3)取样分析
开启循环泵后4小时开始取样，测量实验柱流出液的活度，之后每24小时取样监测循环液的活度变化。直到取样分析数据基本不变为止。水样测量用20mm不锈钢测量盘取0.25mL，烘干后进行测量。
(4)解体测量
实验结束后，取出土柱，放置数日，然后进行解体切割、称重、测量。土样测量用50mm不锈钢测量盘进行测量。
(5)吸附比计算
根据固相及液相测量结果，按下式计算Kd
Kd＝(Ca/Cb)×(V/W)
式中：Ca—固相计数，cpm； Cb—液相计数，cpm；
V—液相体积，mL； W—固相重量，g。
下表是利用本装置测量黄土、洗土、石英砂以及河砂对237Np吸附性研究的实验结果与静态实验结果的比较。
| 介质名称 | 静态实验(28d) | 循环柱实验(7d) | ||||||||
| 粒径(目) | 化学浓度(mol/L) | pH | 液固比 | 吸附比(mL/g) | 粒径(目) | 化学浓度(mol/L) | pH | 液固比 | 吸附比(mL/g) | |
| 黄土洗土石英砂河砂 | 25-80150-20050-10050-100 | 7.5×10-67.5×10-67.5×10-67.5×10-6 | 6.86.86.86.8 | 20∶120∶110∶110∶1 | 3481507.723 | 25-80150-20050-10050-100 | 1.8×10-67.6×10-71.3×10-67.8×10-7 | 7.4747474 | 20∶120∶110∶110∶1 | 171321.78.7 |
综观四种材料的循环柱实验7天的结果与静态实验28天的结果对比分析中不难看出，循环柱实验(系非平衡吸附)的分配比与静态实验(系平衡吸附)分配比的相关性(即差别的规律性)和吸附材料密切相关。对于吸附性强的黄土而言，是静态结果的一半左右；对于吸附性弱的石英砂而言，是静态结果的1/4左右。说明非平衡吸附(循环柱实验)与平衡吸附(静态实验)之间存在相关性。本实验结果恰好与黄土对锶的静态实验结果与现场实验结果之比(82与43)(详见李书绅等，低中放废物浅地层处置安全评价方法研究，辐射防护，2000，1-2。)非常相似，进一步说明了循环柱实验结果接近现场实验值。这一优点的重要意义在于：使长期以来存在的以静态实验结果为放射性废物处置安全评价和环境影响评价提供的核素吸附分配比(Kd)比实际(指现场)过于偏大的问题得到了很好的解决。也就是说，本发明实现了能在较短时间里为放射性废物处置的安全与环境影响评价提供核素迁移的可靠参数。
Claims (2)
1、一种用于核素迁移研究的循环柱实验装置，它包括实验柱(1)、贮液容器(4)、循环泵(5)，其特征在于：在实验柱(1)和贮液容器(4)之间设有流量计(2)和取样器(3)，且从循环泵(5)出水口经实验柱(1)到流量计(2)入口采用封闭式螺帽与不锈钢管联接，从流量计(2)出口经取样器(3)、贮液容器(4)到循环泵(5)进水口采用塑管密封联接，所说的实验柱(1)的圆柱体(12)两端与锥形接头(11)密封联接，其中段部位的吸附介质(6)两侧依次为尼龙网(7)、孔板(8)、组合件(9)。
2、如权利要求1所述的一种用于核素迁移研究的循环柱实验装置，其特征在于：实验柱(1)的组合装配根据吸附介质对核素吸阳性的强弱设计为如下四种：①吸附介质(6)的装柱长径比为0.5∶1时，组合件(9)高度为23mm；②吸附介质(6)的装柱长径比为1.0∶1时，组合件(9)高度为18mm；③吸附介质(6)的装柱长径比为1.5∶1时，组合件(9)高度为14mm；④吸附介质(6)的装柱长径比为2.0∶1时，组合件(9)高度为8mm。
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