本發明屬于高放廢物地質處置研究領域，特別涉及一種用于高放廢物處置庫中錒系元素擴散研究的實驗裝置。

背景技術：

建立高放廢物地質處置庫是目前處理核電站產生的乏燃料的最好方法。它采用“多重屏障系統”設計思路，主要分為“工程屏障”和“天然屏障”。各國根據地質條件的不同，選擇不同的巖性作為天然屏障，通常選擇花崗巖、粘土巖和凝灰巖為天然屏障；選擇膨潤土為工程屏障。為了確保這些隔離屏障緩沖材料的長期安全性，必須這對這些體系進行科學實驗，模擬緩沖材料對高放廢物的阻滯性能，即高放廢物在處置庫環境中的擴散行為。緩沖材料通常選擇滲透率低的多孔地質材料，核素的擴散行為主要為擴散行為。

錒系元素²³⁸u、²³⁷np、²³⁹pu等是高放廢液中的主要放射性核素，它們在多孔地質材料中的擴散速度很慢，需要很長的時間(實驗周期大于6個月)才能獲得擴散參數。目前國際上主要采用內擴散法模擬高放廢物在地質處置條件下的擴散行為，測得核素在多孔地質材料中的濃度分布，由fick定律擬合得到核素的擴散參數，如擴散系數和分配系數。這些參數均是高放廢物地質處置安全評價的核心參數。

常見的擴散池主要是不銹鋼材質制成的擴散池，用蠕動泵將放有放射性核素的原液池和樣品池連接。如申請號為201310320638.9的發明創造所公開的方案，由于其連通管過多，存在磨損、阻塞、漏液等問題，如果進行錒系元素實驗，實驗周期長達半年以上，連接管容易出現老化、磨損等問題，從而導致漏液，使得實驗失敗。并且錒系元素的吸附性很強，在實驗周期內擴散距離僅為在幾個毫米，通常需要根據擴散距離，對多孔地質材料切片，測量核素的濃度分布。然而該方案很難將壓實的多孔地質材料樣品取出。此外，開展錒系元素的擴散實驗時，還存在如下特點：危險(具有強放射性)、長期(0.5--3年)、高溫(80--100℃)、溶液酸度變化大等。常規的實驗裝置并不能很好地滿足實驗要求。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于高放廢物處置庫中錒系元素擴散研究的實驗裝置，其可以長時間運行，方便將壓實的多孔地質材料樣品取出，能夠開展高溫、強酸、強堿等極端條件實驗。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：用于高放廢物處置庫中錒系元素擴散研究的實驗裝置，包括擴散池和鎖緊機構，擴散池內部裝填有多孔材料，所述擴散池固定在原液瓶的外表面并與原液瓶的內部連通，原液瓶上設置有用于與擴散池連接的連接頭，擴散池具有底蓋，底蓋與連接頭之間由鎖緊機構鎖緊。

作為改進，所述多孔材料由粉末在擴散池內擠壓而成。

作為進一步改進，所述多孔材料由膨潤土粉末在擴散池內擠壓而成。

作為改進，所述多孔材料的兩端各設有一濾片。

作為改進，所述擴散池呈圓筒形。

作為改進，所述連接頭位于原液瓶的側面。

作為進一步改進，所述連接頭和底蓋上均設置有一與擴散池的端部配合的凸出部，凸出部伸入擴散池內，凸出部上設有密封墊圈。

作為再進一步改進，所述凸出部上開設有凹槽，密封墊圈套設在凹槽上。

作為改進，所述鎖緊機構為螺栓，螺栓通過連接頭和底蓋上的螺紋孔將擴散池鎖緊在連接頭與底蓋之間。

作為進一步改進，所述擴散池為ptfe或不銹鋼材質。

本發明具有以下優點：1、擴散裝置由原液池和擴散池組成，采取模塊化設計，可以自由更換，擴散池容易拆卸使多孔材料可以方便地推出；2、擴散裝置省去了現有技術中的連接管線，與高濃度放射性核素接觸的部分密封性好，長期運行不存在漏液現象；3、采用ptfe或不銹鋼材質，能滿足高溫、強酸、強堿等復雜實驗條件的要求。本發明通過幾年的運行，發現密封效果良好，工作狀態穩定，完全實現了設計目標。綜上所述，本發明的應用有望拓展核素擴散研究的實驗條件，為評估放射性核素在高放廢物處置庫中的擴散行為提供可靠的實驗平臺，具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的爆炸圖。

圖中：1、擴散池；2、鎖緊機構；3、多孔材料；4、原液瓶；5、連接頭；6、底蓋；7、濾片；8、凸出部；9、密封墊圈；10、凹槽；11、螺紋孔。

具體實施方式

實施例1

如圖1～2所示，用于高放廢物處置庫中錒系元素擴散研究的實驗裝置，擴散裝置由原液池4和擴散池1組成。原液瓶4的側面設置有連接頭5，擴散池1固定在原液瓶4的連接頭5上并與原液瓶4的內部連通，擴散池1具有底蓋6，底蓋6與連接頭5之間由鎖緊機構2鎖緊。鎖緊機構2為螺栓，螺栓通過連接頭5和底蓋6上的螺紋孔11將擴散池1鎖緊在連接頭5與底蓋6之間。

擴散池1呈圓筒形，其材質為ptfe或不銹鋼。擴散池1內部裝填有多孔材料3，多孔材料3由膨潤土粉末在擴散池1內擠壓而成。申請號為201310320638.9的發明創造中，其中心擴散巖片較薄，容易破碎，而且中心擴散巖片的四周容易發生漏液。本方案中，直接由壓片機將膨潤土粉末在擴散池1內擠壓成型，不僅不容易破碎，而且多孔材料3的四周與擴散池1的內壁較密實，多孔材料3的四周與擴散池1的內壁之間不容易發生滲透。

多孔材料3的兩端各設有一濾片7，濾片7為不銹鋼濾片。

連接頭5和底蓋6上均設置有一與擴散池1的端部配合的凸出部8，凸出部8伸入擴散池1內，凸出部8上設有密封墊圈9。凸出部8上開設有凹槽10，密封墊圈9套設在凹槽10上。

實驗時，將溶液加入到原液瓶4，平衡5周后加入鈾、镎、钚等放射性核素，開始擴散實驗。擴散一定時間后，旋開鎖緊機構2后將擴散池1拆離，再將擴散池1中的膨潤土塊推出，分析核素的濃度隨擴散距離的分布情況，由fick定律擬合得到核素的擴散系數和分配系數。

技術特征：

技術總結
本發明屬于高放廢物地質處置研究領域，特別涉及一種用于高放廢物處置庫中錒系元素擴散研究的實驗裝置。該用于高放廢物處置庫中錒系元素擴散研究的實驗裝置包括擴散池(1)和鎖緊機構(2)，擴散池(1)內部裝填有多孔材料(3)，擴散池(1)固定在原液瓶(4)的外表面并與原液瓶(4)的內部連通，原液瓶(4)上設置有用于與擴散池(1)連接的連接頭(5)，擴散池(1)具有底蓋(6)，底蓋(6)與連接頭(5)之間由鎖緊機構(2)鎖緊。該用于高放廢物處置庫中錒系元素擴散研究的實驗裝置可以長時間運行，適合做鈾、镎、钚的遷移實驗。

技術研發人員：伍濤;張志強;楊俊凱;李金英;童艷花;張旭;祝守新;車磊
受保護的技術使用者：湖州師范學院
技術研發日：2017.05.11
技術公布日：2017.08.18