氧化还原条件敏感核素硒-79和锝-99在甘肃北山花岗岩中的吸附和扩散规律研究

高放废物地质处置是将高放废物埋置在地下500-1000米的地质体中,使之与生物圈长期隔离。地下深处的还原性环境可使部分对氧化还原条件敏感的核素处于不易移动的较低价态而提高处置库的长期安全性。维持处置库近场长期处于还原性环境以及了解对氧化还原条件敏感的核素在相应环境下的行为是高放废物地质处置中的关键问题之一。本项目通过研究温度、电位、离子强度、胶体等对氧化还原条件敏感的核素硒-79和锝-99在北山花岗岩/地下水体系中的吸附和扩散特性的影响，获得不同条件下硒-79和锝-99在北山花岗岩中的吸附和扩散参数，深入理解硒-79和锝-99在北山花岗岩/地下水体系中的吸附和扩散特性与地下氧化还原环境之间的关系，结合EXAFS等光谱数据，探讨其吸附和扩散机理。根据现有的热力学数据，编写预报其在北山花岗岩/地下水体系中扩散的计算机程序，为我国高放废物处置库选址预评价和核设施退役安全评价提供基础参数和模块。

用放射性核素75Se代替79Se研究了硒在北山花岗岩中的吸附和扩散。研究结果表明：Se(IV)在北山花岗岩上的吸附受离子强度的影响很小，北山地下水条件下Ca2+（4.1×10-3 M）和SO42-（3.17×10-3 M）对Se(IV)的吸附基本没有影响；Se(IV)在北山花岗岩上的吸附作用可以用两个表面配位反应定量描述（生成≡SSeO3-和≡SHSeO3），北山花岗岩吸附Se(IV)的位点密度为2.17×10-7 mol/m2；Se(IV)和Eu(III)在北山花岗岩上的吸附作用互不影响，原因可能是Se(IV)和Eu(III)吸附在配位作用不同的表面位点上；Eu(III)相比，Se(IV)在北山花岗岩上的吸附要弱得多，吸附分配比相对较小，在pH=7时Se(IV)在北山花岗岩上的Kd <10 mL/g。.研究了75Se在不同温度及低氧浓度条件下在甘肃北山花岗岩中的扩散，得到了有效扩散系数。75Se的有效扩散系数随温度的升高而增大，高温有利于75Se的吸附。低氧环境下75Se在北山花岗岩中的扩散系数较大气条件下的有所增大。.开发了具有完全知识产权的核素化学种态分析软件CHEMSPEC，并编写了图形界面操作系统（CHEMSPEC (C++)）。利用该软件计算了北山花岗岩\地下水体系中UO22+、Am3+、Pu4+、Th(IV)、Se(IV)等元素的种态分布随pH的变化。计算结果极大地促进了我们对这几个核素扩散和吸附行为的理解。.研究结果表明，在大气室温条件下，TcO4-在北山花岗岩中的有效扩散系数De在不同pH、离子强度以及腐殖酸浓度下变化不大，数值为9.7×10-131.3×10-12 m2/s。当体系的pH增大时，TcO4-在北山花岗岩中的吸附分配比参数（分配系数）Kd减小，当体系的pH减小时，TcO4-在北山花岗岩中的Kd增大。通过电位滴定实验得到了不同pH下花岗岩表面的电荷分布，发现花岗岩表面在低pH下带正电而在高pH下带负电，说明Kd随体系pH值的变化是由于花岗岩表面电荷的改变引起的，花岗岩表面带正电则吸引阴离子TcO4-，Kd增大，反之则排斥TcO4-，Kd减小。在不同离子强度下，TcO4-在北山花岗岩中的Kd随离子强度的增大而减小。在不同温度下，TcO4-在北山花岗岩中的Kd变化不大，而De随温度的升高而增大。