处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法与流程

1.本发明涉及放射性废物处置安全评价研究领域，具体是处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法。


背景技术：

2.核工业活动会产生大量的放射性废物，按照国际原子能机构的分类方法，将放射性废物分为高放废物、中低放废物、极低放废物等，其中高放废物的处置一直是国际社会关注的重要研究内容。国际上普遍认为对高放废物采用多重屏障结构的深地质处置是最为可行的处置方法，其多重屏障结构包括完整花岗岩天然屏障、膨润土和水泥固化体构成的人工屏障，主要借助花岗岩介质的低渗透性和强力学性能、膨润土屏障层的低渗透性和强吸附性、水泥的碱性沉淀反应和硬化包裹过程，在以上屏障层的协同作用下阻滞水流和核素运移。
3.按照国际原子能结构的要求，高放废物处置安全期限都在万年时间尺度。然而，在此时间限值内，由于地质作用，完整的花岗岩天然屏障可发育产生一定分布的裂隙，地下水可通过花岗岩裂隙通道，进入膨润土等人工屏障结构。通常，放射性废物处置区地下水含有高浓度盐离子，在其依次进入花岗岩
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膨润土
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混凝土屏障层后，其中所含盐离子可与花岗岩、膨润土、混凝土中矿物离子进行多次交换与水岩作用，改变屏障层矿物组成甚至结构，影响屏障层渗透阻滞性能和水泥固化体中核素释放行为；同时，由于地下水化学成分变化，核素依次从混凝土
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膨润土
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花岗岩向外的迁移行为也会受到显著影响。因此，为了评价高放废物处置库多重屏障结构的长期安全性，就必须开展地下水进入花岗岩、膨润土以及混凝土后的水岩作用，以及在此条件下放射性核素在多重屏障中的运移行为实验研究。
4.目前，该研究领域多以静态实验为主，其主要研究方法为：将核素与含某单一屏障介质平衡溶液进行混合，静置达到反应平衡后，取样分析核素浓度变化，该方法难以真实反映地下水与屏障材料的水岩作用过程及动态水流作用下核素的动态迁移行为与规律。少量动态实验研究仅关注水流或核素在单一屏障介质中的运移行为，简化了地下水与屏障层之间的多重反应，忽略了水岩作用对核素运移行为和机制的影响，更无法实时动态监测各过程中地下水水化学性质和核素吸附运移行为的变化，难以为处置库安全评价提供可靠、有效的基础数据。
5.为解决上述难题，本发明基于处置库多重屏障结构现实场景，即地下水依次流过花岗岩—膨润土层—混凝土层的连续循环运移过程，以及水岩作用后核素在水体载带下依次通过混凝土层—膨润土层—花岗岩屏障层的运移过程，创新设计了模拟多重屏障结构中水岩作用与核素动态运移的实验装置与流程，为获取现实场景下水岩作用及核素运移规律提供重要技术支撑。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法，以
实现地下水与多种屏障介质连续水岩作用过程实验模拟与实时监测，同时实现水体载带下核素在多重屏障中的连续动态运移实验模拟，为评价处置库多重屏障结构长期安全性提供技术手段。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一方面，本发明提供了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，包括地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元、核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元、鲁尔接头、注射器，所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元与地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元连通，所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元与地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元连通，所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元通过鲁尔接头与核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元连通，所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元与核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元连通，所述核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元与核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元连通；
9.所述注射器用于盛装放射性核素并将放射性核素通过鲁尔接头定量注入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元内；
10.所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元用于模拟地下水溶液与不同介质间的水岩相互作用，并实时检测水溶液化学成分变化；
11.所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元用于模拟经过水岩相互作用后，地下水溶液载带放射性核素分别在不同介质中的动态迁移过程。
12.作为本发明进一步的方案：所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元包括地下水水箱、第一水样收集测量瓶、水与花岗岩作用室，所述地下水水箱与第一水样收集测量瓶的顶部连通，所述第一水样收集测量瓶的顶部贯穿设置有第一取样管和第一回流管，所述水与花岗岩作用室包括第一密封容器，所述第一密封容器的内壁对称设置有两个第一尼龙网和两个第一多孔透水板，两个所述第一尼龙网位于两个第一多孔透水板的内侧，两个所述第一尼龙网之间形成有第一样品室，所述第一密封容器的顶部贯穿设置有第一出液管，所述第一密封容器的底部贯穿设置有第一进液管和第一排气管，所述第一进液管与第一水样收集测量瓶的外壁底部连通，所述第一出液管与第一回流管连通。
13.作为本发明进一步的方案：所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元包括第二水样收集测量瓶、水与膨润土作用室，所述第二水样收集测量瓶的顶部贯穿设置有第二进水管、第二取样管、第二回流管，所述水与膨润土作用室包括第二密封容器，所述第二密封容器的内壁对称设置有两个第二尼龙网和两个第二多孔透水板，两个所述第二尼龙网位于两个第二多孔透水板的内侧，两个所述第二尼龙网之间形成有第二样品室，所述第二密封容器的内部位于第二样品室的上方设置有出液漏斗，所述第二密封容器的内部在出液漏斗的上方形成上部集液室，所述出液漏斗与对应的第二多孔透水板贴合，所述第二密封容器的外壁位于出液漏斗的两侧对称贯穿设置有第二出液管和第三出液管，所述第二密封容器
的顶部贯穿设置有第一压力表和第二抽气管，所述第二密封容器的底部贯穿设置有第二进液管和第二排气管，所述第二出液管和第二回流管连通，所述第二进液管和第二水样收集测量瓶的外壁底部连通。
14.作为本发明进一步的方案：所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元包括第三水样收集测量瓶、水与混凝土作用室，所述第三水样收集测量瓶与第二水样收集测量瓶的结构相同，所述水与混凝土作用室与水与膨润土作用室的结构相同，所述第三水样收集测量瓶的第二进水管与水与膨润土作用室的第三出液管连通，所述水与混凝土作用室的第二出液管与第三水样收集测量瓶的第二回流管连通，所述水与混凝土作用室的第二进液管与第三水样收集测量瓶的外壁底部连通，所述水与混凝土作用室的第三出液管与鲁尔接头连通。
15.作为本发明进一步的方案：所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元包括核素在混凝土中动态迁移室、第一排液管、第一自动部分收集器，所述核素在混凝土中动态迁移室的内部结构与水与膨润土作用室的内部结构相同，所述核素在混凝土中动态迁移室中第二密封容器的外壁贯穿设置有第四出液管，所述第四出液管位于对应的出液漏斗的一侧，所述核素在混凝土中动态迁移室中第二密封容器的顶部贯穿设置有第三抽气管和第二压力表，所述核素在混凝土中动态迁移室中第二密封容器的的底部贯穿设置有第三排气管和第三进液管，所述第三进液管与鲁尔接头连通，所述第一排液管的进水端与核素在混凝土中动态迁移室的第四出液管连通，所述第一排液管的出水端与第一自动部分收集器连通。
16.作为本发明进一步的方案：所述核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元包括核素在膨润土中动态迁移室、第二排液管、第二自动部分收集器，所述核素在膨润土中动态迁移室的结构与核素在混凝土中动态迁移室的结构相同，所述核素在膨润土中动态迁移室的第三进液管与核素在混凝土中动态迁移室的核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元连通，所述第二排液管的进水端与核素在膨润土中动态迁移室的第四出液管连通，所述第二排液管的出水端与第二自动部分收集器连通。
17.作为本发明进一步的方案：所述核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元包括核素在花岗岩中动态迁移室和第三自动部分收集器，所述核素在花岗岩中动态迁移室的结构与水与花岗岩作用室的结构相同，所述核素在花岗岩中动态迁移室的第一进液管与核素在膨润土中动态迁移室的第四出液管连通，所述核素在花岗岩中动态迁移室的第一出液管与第三自动部分收集器连通。
18.作为本发明进一步的方案：还包括若干个旋塞阀、蠕动泵、流量调节针阀，若干个所述旋塞阀、蠕动泵、流量调节针阀安装于地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元、核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元中的对应管路上，以用于控制各管路中流体的流速、流量及通断。
19.另一方面，本发明提供了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法，用于上述的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，包括以下步骤：
20.s1：模拟地下水与花岗岩介质间的水岩相互作用，及对水溶液定期取样检测：在对应蠕动泵的作用下将地下水依次经地下水水箱、第一水样收集测量瓶及水与花岗岩作用室
的第一进液管导入水与花岗岩作用室内，再由水与花岗岩作用室的第一出液管导出，一部分流出液经在对应的流量调节针阀及蠕动泵的作用下经第一回流管回流至第一水样收集测量瓶内，以与地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元内的原始地下水混合，完成第一流动循环，通过第一取样管可对第一水样收集测量瓶内的地下水定期取样检测，获取水与花岗岩作用后水化学成分变化规律信息；另一部分流出液在对应的流量调节针阀及蠕动泵的作用下经第二水样收集测量瓶上的第二进水管进入地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元内；
21.s2：模拟地下水与膨润土介质间的水岩相互作用，及对水溶液定期取样检测：当地下水经第二水样收集测量瓶上的第二进水管进入第二水样收集测量瓶内后，在对应的蠕动泵的作用下将第二水样收集测量瓶内的地下水泵入水与膨润土作用室中，并由水与膨润土作用室的第二出液管及第三出液管排出，由第二出液管排出的地下水在对应的流量调节针阀及蠕动泵的作用下回流至第二水样收集测量瓶内，以与第二水样收集测量瓶内的原始地下水混合，完成第一流动循环，通过第二水样收集测量瓶上的第二取样管可对第二水样收集测量瓶内的地下水定期取样检测，获取水与膨润土作用后水化学成分变化规律信息，同时通过与地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元获取的水化学成分变化规律信息比较，可得出两种介质水岩作用之间的相互影响规律，由水与膨润土作用室上的第三出液管排出的地下水在对应的流量调节针阀及蠕动泵的作用下进入地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元的第三水样收集测量瓶内；
22.s3：模拟地下水与混凝土介质间的水岩相互作用，以及对水溶液定期取样检测：当地下水进入地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元内的第三水样收集测量瓶后，在对应的蠕动泵的作用下将第三水样收集测量瓶内的地下水泵入水与混凝土作用室中，并由水与混凝土作用室的第二出液管及第三出液管排出，由第二出液管排出的地下水在对应的流量调节针阀及蠕动泵的作用下回流至第三水样收集测量瓶内，以与第三水样收集测量瓶内的原始地下水混合，完成第一流动循环，通过第三水样收集测量瓶上的第二取样管可对第三水样收集测量瓶内的地下水定期取样检测，获取水于膨润土作用后水化学成分变化规律信息，同时通过与地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元获取的水化学成分变化规律信息比较，可得出两种介质水岩作用之间的相互影响规律，由水与混凝土作用室上的第三出液管排出的地下水在对应的流量调节针阀及蠕动泵的作用下进入鲁尔接头处；
23.s4：模拟地下水载带作用下核素在混凝土介质中的动态运移过程及核素浓度取样分析：采用容量为10ml的注射器将含放射性核素溶液通过鲁尔接头注入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元的核素在混凝土中动态迁移室内，并通过调节鲁尔接头将地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元地下水导入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元的核素在混凝土中动态迁移室内，开始核素在混凝土介质中的动态迁移过程，之后其流出液经对应的蠕动泵抽出，一部分流出液经对应的流量调节针阀由第一排液管进入第一自动部分收集器定时取样，另一部分流出液经对应的流量调节针阀进入核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元的核素在膨润土中动态迁移室内；
24.s5：模拟地下水载带作用下核素在膨润土介质中的动态运移过程及核素浓度取样分析：当含有放射性核素的流出液进入核素在膨润土中动态迁移室后，开始核素在膨润土介质中的动态迁移过程，之后其流出液经对应的蠕动泵抽出，一部分流出液经对应的流量
调节针阀由第二排液管进入第二自动部分收集器定时取样，另一部分流出液经对应的流量调节针阀进入核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元的核素在花岗岩中动态迁移室内；
25.s6：模拟地下水载带作用下核素在花岗岩介质中的动态运移过程及核素浓度取样分析：当含有放射性核素的流出液进入核素在花岗岩中动态迁移室后，开始核素在花岗岩介质中的动态迁移过程，之后其流出液经进入第三自动部分收集器定时取样。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
27.本发明依托自主设计的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，建立了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验模拟方法，可实现地下水与多种屏障介质连续水岩作用实验模拟与地下水化学成分变化动态监测，同时还可实现地下水载带作用下核素在多重屏障介质中的动态运移实验模拟，为评价处置库多重屏障结构长期评价提供技术有力手段。
附图说明
28.图1为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置的结构示意图。
29.图2为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元的结构示意图。
30.图3为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元的结构示意图。
31.图4为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元的结构示意图。
32.图5为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元的结构示意图。
33.图6为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元的结构示意图。
34.图7为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元的结构示意图。
35.图8为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中水与花岗岩作用室的结构示意图。
36.图9为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中水与膨润土作用室的结构示意图。
37.图10为处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置中核素在混凝土中动态迁移室的结构示意图。
38.其中，地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3、核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6、鲁尔接头7、注射器8、地下水水箱9、第一水样收集测量瓶10、第一取样管11、第一回流管12、水与花岗岩作用室13、第二水样收集测量瓶14、第二进水管15、第二取样管16、第二回流管17、水与膨润土作用室18、第三水样收集测量瓶19、水与混凝土作用室20、核素在混凝土中动态迁移室21、第一排液管22、第一自动部分收集器23、核素在膨润土中动态迁移室
24、第二排液管25、第二自动部分收集器26、核素在花岗岩中动态迁移室27、第三自动部分收集器28、旋塞阀29、蠕动泵30、流量调节针阀31、第一密封容器32、第一尼龙网33、第一多孔透水板34、第一样品室35、第一进液管36、第一排气管37、第一出液管38、第二密封容器39、第二尼龙网40、第二多孔透水板41、第二样品室42、出液漏斗43、第二出液管44、第三出液管45、第一压力表46、第二抽气管47、第二进液管48、第二排气管49、第四出液管50、第三抽气管51、第二压力表52、第三进液管53、第三排气管54。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.请参阅图1～10，本发明实施例中，一方面，本发明提供了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，包括地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3、核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6、鲁尔接头7、注射器8，所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1与地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2连通，所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2与地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3连通，所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3通过鲁尔接头7与核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4连通，所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4与核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5连通，所述核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5与核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6连通；
41.所述注射器8用于盛装放射性核素并将放射性核素通过鲁尔接头7定量注入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6内；
42.所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3用于模拟地下水溶液与不同介质间的水岩相互作用，并实时检测水溶液化学成分变化；
43.所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6用于模拟经过水岩相互作用后，地下水溶液载带放射性核素分别在不同介质中的动态迁移过程。
44.所述地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1包括地下水水箱9、第一水样收集测量瓶10、水与花岗岩作用室13，所述地下水水箱9与第一水样收集测量瓶10的顶部连通，所述第一水样收集测量瓶10的顶部贯穿设置有第一取样管11和第一回流管12，所述水与花岗岩作用室13包括第一密封容器32，所述第一密封容器32的内壁对称设置有两个第一尼龙网33和两个第一多孔透水板34，两个所述第一尼龙网33位于两个第一多孔透水板34的内侧，两个所述第一尼龙网33之间形成有第一样品室35，所述第一密封容器32的顶部贯穿设置有第一出液管38，所述第一密封容器32的底部贯穿设置有第一进液管36和第一排气管37，所
述第一进液管36与第一水样收集测量瓶10的外壁底部连通，所述第一出液管38与第一回流管12连通，考虑地下水进入第一样品室35的均一性，第一尼龙网33及第一多孔透水板34的孔径均为300目。考虑到第一样品室35中空气的及时排出，在液体从第一进液管36进入第一样品室35时，打开对应的旋塞阀29将空气从第一排气管37处排出，待第一排气管37中充满液体后关闭该旋塞阀29。
45.所述地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2包括第二水样收集测量瓶14、水与膨润土作用室18，所述第二水样收集测量瓶14的顶部贯穿设置有第二进水管15、第二取样管16、第二回流管17，所述水与膨润土作用室18包括第二密封容器39，所述第二密封容器39的内壁对称设置有两个第二尼龙网40和两个第二多孔透水板41，两个所述第二尼龙网40位于两个第二多孔透水板41的内侧，两个所述第二尼龙网40之间形成有第二样品室42，所述第二密封容器39的内部位于第二样品室42的上方设置有出液漏斗43，所述第二密封容器39的内部在出液漏斗43的上方形成上部集液室，所述出液漏斗43与对应的第二多孔透水板41贴合，所述第二密封容器39的外壁位于出液漏斗43的两侧对称贯穿设置有第二出液管44和第三出液管45，所述第二密封容器39的顶部贯穿设置有第一压力表46和第二抽气管47，所述第二密封容器39的底部贯穿设置有第二进液管48和第二排气管49，所述第二出液管44和第二回流管17连通，所述第二进液管48和第二水样收集测量瓶14的外壁底部连通。
46.考虑压实膨润土、混凝土渗透性较低，因此将第二抽气管47外接真空泵，使得上部集液室内部形成负压，利于水流从第二进液管48进入后快速通过第二样品室42。为避免上部集液室中液体流出过程与抽气过程相互影响，将罐第二出液管44、第一样品室35设置于上部集液室中出液漏斗43高度的二分之一处。同时，考虑地下水进入样品室的均一性，第二尼龙网40、第二多孔透水板41的孔径均为300目。考虑到样品室中空气的及时排出，在液体从第二进液管48进入第二样品室42时，打开对应的旋塞阀29将空气从第二排气管49排出，待第二排气管49中充满液体后关闭该旋塞阀29。
47.所述地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3包括第三水样收集测量瓶19、水与混凝土作用室20，所述第三水样收集测量瓶19与第二水样收集测量瓶14的结构相同，所述水与混凝土作用室20与水与膨润土作用室18的结构相同，所述第三水样收集测量瓶19的第二进水管15与水与膨润土作用室18的第三出液管45连通，所述水与混凝土作用室20的第二出液管44与第三水样收集测量瓶19的第二回流管17连通，所述水与混凝土作用室20的第二进液管48与第三水样收集测量瓶19的外壁底部连通，所述水与混凝土作用室20的第三出液管45与鲁尔接头7连通。
48.所述核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4包括核素在混凝土中动态迁移室21、第一排液管22、第一自动部分收集器23，所述核素在混凝土中动态迁移室21的内部结构与水与膨润土作用室18的内部结构相同，所述核素在混凝土中动态迁移室21中第二密封容器39的外壁贯穿设置有第四出液管50，所述第四出液管50位于对应的出液漏斗43的一侧，所述核素在混凝土中动态迁移室21中第二密封容器39的顶部贯穿设置有第三抽气管51和第二压力表52，所述核素在混凝土中动态迁移室21中第二密封容器39的的底部贯穿设置有第三进液管53和第三排气管54，所述第三进液管53与鲁尔接头7连通，所述第一排液管22的进水端与核素在混凝土中动态迁移室21的第四出液管50连通，所述第一排液管22的出水端与第一自动部分收集器23连通。
49.所述核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5包括核素在膨润土中动态迁移室24、第二排液管25、第二自动部分收集器26，所述核素在膨润土中动态迁移室24的结构与核素在混凝土中动态迁移室21的结构相同，所述核素在膨润土中动态迁移室24的第三进液管53与核素在混凝土中动态迁移室21的核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5连通，所述第二排液管25的进水端与核素在膨润土中动态迁移室24的第四出液管50连通，所述第二排液管25的出水端与第二自动部分收集器26连通。
50.所述核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6包括核素在花岗岩中动态迁移室27和第三自动部分收集器28，所述核素在花岗岩中动态迁移室27的结构与水与花岗岩作用室13的结构相同，所述核素在花岗岩中动态迁移室27的第一进液管36与核素在膨润土中动态迁移室24的第四出液管50连通，所述核素在花岗岩中动态迁移室27的第一出液管38与第三自动部分收集器28连通。
51.还包括若干个旋塞阀29、蠕动泵30、流量调节针阀31，若干个所述旋塞阀29、蠕动泵30、流量调节针阀31安装于地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1、地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2、地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3、核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4、核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5、核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6中的对应管路上，以用于控制各管路中流体的流速、流量及通断。
52.另一方面，本发明提供了处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验方法，用于上述的处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置，包括以下步骤：
53.s1：模拟地下水与花岗岩介质间的水岩相互作用，及对水溶液定期取样检测：在对应的蠕动泵30的作用下将地下水依次经地下水水箱9、第一水样收集测量瓶10及水与花岗岩作用室13的第一进液管36导入水与花岗岩作用室13内，再由水与花岗岩作用室13的第一出液管38导出，一部分流出液经在对应的流量调节针阀31及蠕动泵30的作用下经第一回流管12回流至第一水样收集测量瓶10内，以与地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1内的原始地下水混合，完成第一流动循环，通过第一取样管11可对第一水样收集测量瓶10内的地下水定期取样检测，获取水与花岗岩作用后水化学成分变化规律信息；另一部分流出液在对应的流量调节针阀31及蠕动泵30的作用下经第二水样收集测量瓶14上的第二进水管15进入地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2内；
54.s2：模拟地下水与膨润土介质间的水岩相互作用，及对水溶液定期取样检测：当地下水经第二水样收集测量瓶14上的第二进水管15进入第二水样收集测量瓶14内后，在对应的蠕动泵30的作用下将第二水样收集测量瓶14内的地下水泵入水与膨润土作用室18中，并由水与膨润土作用室18的第二出液管44及第三出液管45排出，由第二出液管44排出的地下水在对应的流量调节针阀31及蠕动泵30的作用下回流至第二水样收集测量瓶14内，以与第二水样收集测量瓶14内的原始地下水混合，完成第一流动循环，通过第二水样收集测量瓶14上的第二取样管16可对第二水样收集测量瓶14内的地下水定期取样检测，获取水于膨润土作用后水化学成分变化规律信息，同时通过与地下水与花岗岩介质水岩作用模拟单元1获取的水化学成分变化规律信息比较，可得出两种介质水岩作用之间的相互影响规律，由水与膨润土作用室18上的第三出液管45排出的地下水在对应的流量调节针阀31及蠕动泵30的作用下进入地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3的第三水样收集测量瓶19内；
55.s3：模拟地下水与混凝土介质间的水岩相互作用，以及对水溶液定期取样检测：当
地下水进入地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3内的第三水样收集测量瓶19后，在对应的蠕动泵30的作用下将第三水样收集测量瓶19内的地下水泵入水与混凝土作用室20中，并由水与混凝土作用室20的第二出液管44及第三出液管45排出，由第二出液管44排出的地下水在对应的流量调节针阀31及蠕动泵30的作用下回流至第三水样收集测量瓶19内，以与第三水样收集测量瓶19内的原始地下水混合，完成第一流动循环，通过第三水样收集测量瓶19上的第二取样管16可对第三水样收集测量瓶19内的地下水定期取样检测，获取水于膨润土作用后水化学成分变化规律信息，同时通过与地下水与膨润土介质水岩作用模拟单元2获取的水化学成分变化规律信息比较，可得出两种介质水岩作用之间的相互影响规律，由水与混凝土作用室20上的第三出液管45排出的地下水在对应的流量调节针阀31及蠕动泵30的作用下进入鲁尔接头7处；
56.s4：模拟地下水载带作用下核素在混凝土介质中的动态运移过程及核素浓度取样分析：采用容量为10ml的注射器8将含放射性核素溶液通过鲁尔接头7注入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4的核素在混凝土中动态迁移室21内，并通过调节鲁尔接头7将地下水与混凝土介质水岩作用模拟单元3地下水导入核素在混凝土介质中的动态迁移模拟单元4的核素在混凝土中动态迁移室21内，开始核素在混凝土介质中的动态迁移过程，之后其流出液经对应的蠕动泵30抽出，一部分流出液经对应的流量调节针阀31由第一排液管22进入第一自动部分收集器23定时取样，另一部分流出液经对应的流量调节针阀31进入核素在膨润土介质中的动态迁移模拟单元5的核素在膨润土中动态迁移室24内；
57.s5：模拟地下水载带作用下核素在膨润土介质中的动态运移过程及核素浓度取样分析：当含有放射性核素的流出液进入核素在膨润土中动态迁移室24后，开始核素在膨润土介质中的动态迁移过程，之后其流出液经对应的蠕动泵30抽出，一部分流出液经对应的流量调节针阀31由第二排液管25进入第二自动部分收集器26定时取样，另一部分流出液经对应的流量调节针阀31进入核素在花岗岩介质中的动态迁移模拟单元6的核素在花岗岩中动态迁移室27内；
58.s6：模拟地下水载带作用下核素在花岗岩介质中的动态运移过程及核素浓度取样分析：当含有放射性核素的流出液进入核素在花岗岩中动态迁移室27后，开始核素在花岗岩介质中的动态迁移过程，之后其流出液经进入第三自动部分收集器28定时取样。
59.实施例一：
60.①
花岗岩、膨润土、混凝土样品的装填和饱和。
61.首先将200目花岗岩粉末、200目膨润土、200目混凝土样品分别装入处置库多重屏障结构中水岩作用与核素动态运移模拟实验装置的六个单元中对应的样品室内：花岗岩粉末为干粉，其装填密度为1.6g/cm3；膨润土粉末需先与水混合湿化，其含水率调节为22％，然后将其压实装入样品室，压实干密度为1.5g/cm3；混凝土粉末为干粉，其压实干密度为1.5g/cm3。随后将装有样品的样品室放入真空饱和器中用水饱和一周时间。
62.②
处置库多重屏障中水岩作用与核素运移模拟实验装置组装
63.参照图1
‑
10，将装置的各个部件依次连接组装。
64.③
实验条件控制
65.实验条件控制依次包括上部集液室内负压控制、各蠕动泵30流速控制、流量调节阀31流量控制、水样取样间隔时间控制、以及自动部分收集器单管收集时间控制。
66.a.上部集液室内负压控制：由于压实膨润土和混凝土的渗透性较低(压实膨润土的渗透系数比混凝土低两个两个量级)，因而需对其所在单元上部集液室采取抽真空方式，让上部集液室内形成负压差，加速水流通过压实膨润土和混凝土介质样品。因此，上部集液室内形成负压差大小决定水流的运移速度。根据压实膨润土和固结混凝土渗透系数，确定膨润土所在单元上部集液室内压差控制为300kpa(相对于大气压)，混凝土所在单元上部集液室内压差控制为200kpa(相对于大气压)。
67.b.各蠕动泵30流速控制：由于花岗岩粉末压实后，其渗透系数比较大，因而，花岗岩所在单元水流运移速度主要由蠕动泵30泵速决定；各流出液从样品室流出后，其进入收集测量瓶和下一单元的速度也由蠕动泵30泵速决定。根据已报道的场地内地下水实际流速值，将所有蠕动泵泵速控制为105μl/min。
68.c.流量调节阀31流量控制：部分单元中流出液分为两部分，其中一部分进入水样测量瓶或者自动部分收集器，另一部分则进入下一单元。因此，为严格保证两部分等体积(便于各路水体体积的计算)流出，需通过流量调节阀31控制两路管中的水体流量。
69.d.水样取样间隔时间控制：水样取样间隔需分别根据蠕动泵30、上部集液室内压差控制下水体在各单元的流入和流出时间差确定，将水体从花岗岩样品室流入和流出的时间差定义为t1，水体从膨润土样品室流入和流出的时间差定义为t2，水体从混凝土流入和流出的时间差定义为t3。根据实测的t1、t2、t3值确定水样取样间隔时间，同时，水体取样一次，则意味着水体在各单元内循环一次。
70.e.自动部分收集器单管收集时间控制：自动部分收集器单个收集时间需根据流出液流速、核素流出浓度以及检测仪器对核素流出液样品的最小测量体积要求确定。通常，将每个收集管收集液体积达到2ml时所需时间为，自动部分收集器单管收集控制时间。
71.④
水样化学成分及核素浓度测量分析
72.从各取样管采集的水样送至离子色谱仪进行化学成分分析；从各自动部分收集器收集的核素流出液样品经硝酸质量分数为2％的酸液酸化处理后送至原子放射光谱仪或电感耦合质谱进行核素离子浓度测量。
73.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。