还原状态下碘和锝在粘土矿物中的扩散机理研究

In recent years, the hot topics in the studies of radionuclides diffusion behavior are focused on the acquiring the migration parameters and the diffusion mechanism. However, most radionuclides have complex chemical behaviors under environmental conditions. The diffusion mechanism is unclear. The near field of high level radionuclides waste (HLW) repository might be under redox conditions due to the existing of the packing material and pyrite. In order to systemically study the influence of redox substances (inorgainic redox substance like FeS and organic redox substance like humic acid) and microstructure of clay mineral on the diffusion behavior of radionuclides in clay, the diffusion behavior of I-125 which represents the radionuclides with several oxidation states will be investigated in kaolin and montmorillonite by through- and out-diffusion methods. Since the kaolin and montmorillonite with elementary cell of 1:1 and 2:1 have different electric surface charge properties, respectively, the results could be helpful to explain the anion diffusion mechanism. Furthermore, the diffusion behavior of I-125 and Tc-99 in Gaomiaozi(GMZ) bentonite will be investigated under humic acid condition. The results should be helpful to study the discipline of mobility radionuclides and provide some scientific base on the safety evaluation of HLW repository in China.

目前核素迁移的研究热点主要集中在获取迁移参数和机理研究。然而，在复杂的地质环境中，大部分放射性核素的化学行为非常复杂，扩散机理尚不清楚。由于包装物、黄铁矿等还原性物质的存在，高放废物地址处置库的近场可能处于还原条件下。因此，本项目选择I-125（代替长寿命裂变元素I-129）作为化学形态复杂的代表性核素进行研究，选择单元晶层构造分别为1:1和2:1的高岭土、蒙脱土，且这两种粘土具有不同的表面电荷性质，作为本研究的模型扩散介质，系统地研究还原性物质(如无机还原物FeS和具有还原性质的有机还原物腐殖酸)和粘土矿物的微观结构对化学性质复杂的核素在粘土矿物中扩散行为的影响，测得迁移参数，探讨扩散机理。此外，本项目还系统地研究腐殖酸存在下，I-125和Tc-99在高庙子膨润土中的扩散行为。本研究结果对易扩散性核素迁移规律的研究具有重要意义，为我国高放废物处置库的安全评价提供一定的科学依据。

由于包装物和腐殖酸等还原性物质的存在，可使高放废物地质处置库的近场处于还原条件，研究该条件下长寿命放射性125I 和 99Tc在粘土材料上的扩散行为研究，对于评估和分析处置库的安全性具有重要的意义。本项目采用贯穿扩散法和外扩散法研究125I和99Tc在膨润土中的扩散行为，通过研究密度、pH值、离子强度、温度、腐殖酸以及还原性添加物等条件对它们在膨润土中的扩散行为影响，测得不同条件下的扩散参数，如有效/表观扩散系数、分配系数和孔隙率。结果表明：99Tc的扩散行为与Re非常相似，可以作为99Tc替代物开展扩散实验研究。125I的99Tc的扩散符合Archie定律，测得胶结因子分别为2.0和2.4。pH不影响他们的扩散行为。Re的有效扩散系数随着离子强度的增加而增加。腐殖酸不影响125I和Re的扩散行为，还原性添加物如磁铁矿等使得125I的有效/表观扩散系数和岩石容量因子均降低。Re(替代99Tc)的扩散主要以孔隙水扩散为主。