Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1150267), страница 4

Файл №1150267 Диссертация (Механизм фиксации высокоактивных отходов в измененном поверхностном слое боросиликатного стекла) 4 страницаДиссертация (1150267) страница 42019-06-29СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

В итоге коррозионная оболочка,образованная кремнеземом, достигает критической толщины. С этого момента22скорость переноса воды и растворенных форм сквозь него становится ниже, чемскорость растворения стекла, а одновременное осаждение кремнезема, в конечномсчете, приводит к образованию слоя с прочно связанной микроструктурой, в котороймогут удерживаться молекулы воды и катионы, вышедшие из стекла в ходерастворения (рисунок 1.5 f).Приведенная схема в общем случае удовлетворительно описывает механизмобразования поверхностного слоя в ходе выщелачивания боросиликатного стекла.Однако с точки зрения исследования поведения при выщелачивании компонентовостеклованных ВАО она недостаточно информативна и требует дальнейшейразработки.23§ 1.2 Методики исследования коррозии стеклаХимическаяустойчивостьостеклованныхВАОзависитотбольшогоколичества внутренних и внешних факторов [18].

К внутренним факторам относятся:состав стекла, величина загрузки радиоактивными отходами и радиационноеповреждениеостеклованныхВАО.Внешнимифакторамиявляютсявремя,температура, состав подземных вод и скорость их потока, радиолиз контактногораствора, геология захоронения и т.п. [41].До 60 – 70-х гг XX века единой методики исследования химическойустойчивости материалов не существовало. Как следствие, сравнение результатов,полученных в различных лабораториях, было крайне затруднено, а подчас и вовсеневозможно.В 1979 г.

в США начал работу Центр Характеризации Материалов (MaterialsCharacterization Centre – MCC), основной задачей которого была стандартизациянаиболее популярных на тот момент методик определения химической устойчивостиразличных материалов: ВАО (в том числе модельные), отвержденные в различныетипы матриц, материалы контейнеров, инженерных барьеров, горных породпредполагаемых мест хранения и окончательного захоронения и т. п.

Былоразработано несколько методик выщелачивания, предусматривающих различныеусловия проведения эксперимента, в число которых входят форма тестируемогообразца, состав контактного раствора, температура и длительность выщелачивания ипрочие [42]. Большинство стран, заинтересованных в проведении подобныхисследований (Великобритания, Бельгия, Германия, Индия, Япония и др.),используют аттестованные методики, аналогичные американским [41, 43]. Краткоеописание этих методик приведено в таблице 1.2.

Результатом обработки данныхэкспериментов по выщелачиванию является нахождение величин нормированноговыщелачивания (т.е. потери массы) и скорости выщелачивания компонентовостеклованных ВАО.24В Российскойрадиоактивные.Федерациидействует ГОСТ 52126 –Определениехимическойустойчивости2003«Отходыотвержденныхвысокоактивных отходов методом длительного выщелачивания»1 [7]. Следуя этойметодике, «образцы отвержденных отходов (или их имитаторы) подвергаютдлительному контакту с определенным объемом дистиллированной воды иливодного раствора с солевым составом, соответствующим составу водыпредполагаемогозахоронения.Впроцессеэкспериментаотбираютв местепробыконтактного раствора, измеряют активность (массу) нуклида (или смеси нуклидов),перешедшего в контактный раствор за данный интервал времени (анализируютнаиболее растворимые радионуклиды и компоненты матрицы)».

Прочие нюансы,возникающие в зависимости от поставленной задачи, не регламентируются иостаются на усмотрение исследователя, однако их учет так или иначе направлен навозможно более точное соответствие условий проведения эксперимента реальнымусловиям.1Подробное описание методики см. в пп. 2.2, Глава 2.25Таблица 1.2 – Основные характеристики методик выщелачивания, принятых вразных странах [41]НазваниеметодикиSoxhletТемпеКонтактныйСкорость потокаратура, °Сраствор50 - 100Н2О дист.1*1,5 см3/минМ-Soxhlet35 - 100Н2О дист.Soxhlet вгорячейячейкеМСС-5SoxhletSoxhlet(PNC)HIPSOL100Н2О дист.100Н2О дист.70, 100Н2О дист.100 - 300Н2О дист.IAEA25Н2О дист.ISO-буфер23 - 100Р195 - 200Н2О дист.,буферныерастворы,морскаяводаН2О дист.МСС-440, 70, 90МСС-140, 70, 90МСС-340, 90,110, 150,190Н2О дист.,мод.

подз.воды4*Н2О дист.,мод. подз.водыН2О дист.,мод. подз.водыОписаниеСтранаобразцаТаблетка,Англия,22S * = 3 смГерманияРазличнаяГранулы илиИндиятаблетки,S - различная380 см /часБусины /Германиятаблетки,S - различная3≈ 1,5 см /минТаблетка,США2S = 4 см360 – 225 см /часСтерженьЯпония2S = 2 см3100 – 900 см /час Порошок илиЯпониямонолитПериодическаяЦилиндр сIAEA3*замена выщелатаразвитойповерхностьюПериодическаяМонолитБельгиязамена выщелатаПериодическаяПорошокАвстралиязамена выщелата 100 – 200 мкм0,1 – 0,001Таблетка,США32см /минS = 4 смСтатическийтестМонолит,S/V = 10 см-1СШАСтатическийПорошоктест149 – 175 мкм(перемешивание)США26Продолжение таблицы 1.2НазваниеТемпеКонтактныйСкорость потокаметодики ратура, °СрастворИмитация25 - 90Вода вСтатическийподземногоравновесиитестхранилищас гранитомWWRL98Н2О дист.,Статическийвода втестравновесиис гранитомМСС-1425 - 250ПодземныеводыСтатическийтест или спериодическойзаменойвыщелатаОписаниеобразцаТаблеткаS = 3 см2МонолитS = 3 см2,20 г порошкагранита(250–710мкм),60 см3 Н2ОМонолит илипорошокСтранаАнглияЯпонияСША1* - дистиллированная вода;2* - площадь поверхности образца;3* - Международное Агенство по Атомной Энергии (МАГАТЭ);4* - модельные подземные воды.§ 1.3 Влияние внешних факторов на коррозию остеклованныхотходов§ 1.3.1 ВремяВ первом приближении кинетику коррозии стекла описывает модель,разработанная для простых стекол и учитывающая два скорость-лимитирующихпроцесса [18]:Q  at 1 / 2  btRi dQabdt 2  t 1 / 2(1.6)(1.7)где Q – количество i-того компонента, выщелоченного из стекла, t – длительностьвыщелачивания, a и b – эмпирически определяемые константы, зависящие отусловий выщелачивания, Ri – скорость выщелачивания i-того компонента, т.е.27количество i-того компонента, выщелоченное с единицы поверхности стекла вединицу времени.

Первый член в уравнении (1.6) учитывает вклад диффузии ввыщелачивание i-того компонента за счет ионного обмена, второй – вкладгидролитического растворения каркаса стекла. Несмотря на то, что эта модель неучитывает сложности состава остеклованных ВАО, на нее ориентируются многиеэкспериментальные работы.На практике способность элемента i выщелачиваться из материала матрицыописывается нормированным выщелачиванием (потерей массы) NL(i) (г/м2) [44]:N L (i ) mi,fi  S(1.8)где mi – полное количество компонента i в выщелате (г), S – площадь поверхности,взаимодействующей с контактным раствором (м2), fi – массовая доля элемента i встекле.

На рисунке 1.6 А [45] показан типичный вид зависимости NL(i) от времени(в сутках).Рисунок 1.6 - Типичный вид графиков зависимости NL(i) (А) и RL(i) (Б) от временивыщелачивания [45]Нормированная скорость выщелачивания RL(i) (выражающейся в г/м2сутки иобозначающейся RH(i) в кислой среде) рассчитывается по формуле (1.9).Соответствующий график представлен на рисунке 1.6 Б.28RL (i) dmdN L (i)1 idtf i  S dt(1.9)§ 1.3.2 ТемператураВ общем случае скорость перехода компонентов стекла в фазу контактногораствора увеличивается с ростом его температуры.

Математически зависимостьскорости выщелачивания от температуры записывается как [39]: E    C RL (i )  k  exp   a  1   RT    C sat (1.10)где k – константа начальной («форвардной») скорости выщелачивания, Ea – энергияактивации выщелачивания (Дж/моль), R – универсальная газовая постоянная(8,31 Дж/моль·К), T – температура выщелачивания (К), C и Csat – концентрацияH4SiO4 в разбавленном и насыщенном контактном растворе соответственно (моль/л).При температуре от 100°С до 250°С энергия активации равна примерно30 кДж/моль, а при повышении температуры выше 250°С энергия активации резковозрастает до 150 кДж/моль.

Это говорит об изменении структуры стекла и/илиизменении механизма выщелачивания Si и B (рисунок 1.7) [8].Из уравнения (1.10) следует, что скорость выщелачивания также зависит и отсодержания растворимых форм кремния в контактном растворе. Влияние составаконтактного раствора на скорость выщелачивания остеклованных ВАО болееподробно рассмотрено в разделе 1.3.4.29Рисунок 1.7 – Логарифм NL(i) в зависимости от обратной температуры 1/К ипродолжительности выщелачивания [8]§ 1.3.3 Геология захоронения. Исследования in situОчевидно, что максимальное приближение к условиям окончательногозахоронения остеклованных ВАО может быть достигнуто исключительно путемдлительного (в течении десятилетий) хранения тестового стеклоблока, содержащегореальные ВАО, в месте предполагаемого окончательного захоронения отвержденных30ВАО с последующим извлечением и исследованием как поверхности образца, так ипроб грунта, находившихся в непосредственной близости от него.

Подобныйэксперимент описан К. Янцен (Carol M. Jantzen) и сотрудниками в работе [46].Стеклоблок, содержащий ВАО, был изготовлен в 1980 г. и помещен под землю натерритории промплощадки Национальной Лаборатории Саванна-Ривер (США) на24 года (таблица 1.3, рисунок 1.8).Рисунок 1.8 - Схема эксперимента в Национальной ЛабораторииСаванна-Ривер [46]Таблица 1.3 – Состав и основные характеристики стеклоблока, использовавшегося вэксперименте Национальной Лаборатории Саванна-Ривер [46]Активность,СодержаниеМБк/гВАО, мас.%500~ 30Содержание, мас. %SiO2B2O3Na2OLi2OCaOAl2O345,787,5413,743,024,166,67Fe2O3SrOThO2UO2Прочие10,080,740,112,433,4031Первыевосемьлетспомощьюлизиметрасобиралисьданныеповыщелачиванию компонентов стекла, результаты которых совпали с результатамилабораторных исследований химической устойчивости аналогичного стекла.Скоростьвыщелачиванияβ-γ-излучающихрадионуклидовсоставила~ 7,2 × 10-12 г/см2сут.

После извлечения поверхность образца исследовалась методомСЭМ(рисунок1.9),нозначительныхизмененийобнаруженонебыло.Поверхностный слой стекла был обеднен щелочными и щелочно-земельнымиэлементами и обогащен алюминием, кремнием и железом. Окружавшая образецпочва оказалась обогащена Cs-137 и Sr-90, глубина проникновения которыхсоставила несколько сантиметров.Рисунок 1.9 – Микрофотография поперечного среза стекла после 24 летвыщелачивания [46]Аналогичная работа была проведена и в России [47, 48].

Характеристики

Список файлов диссертации

Механизм фиксации высокоактивных отходов в измененном поверхностном слое боросиликатного стекла
Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6559
Авторов
на СтудИзбе
298
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее