1.本发明涉及放射性废物处置技术领域，特别是涉及一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法及系统。
背景技术：2.放射性废物安全处置是放射性废物管理的关键一环，是确保核能可持续发展的重要保障。在复杂地下环境长期作用下，放射性核素可能会出现脱稳，从放射性废物处置设施中释放并迁移到地质环境中，造成局部地下水的污染，甚至随地下水迁移到达生物圈引起生态环境安全风险。因此，必须通过安全评价，对放射性核素的释放和迁移过程进行模拟预测，以评价放射性废物处置设施的长期安全性，为其选址、设计优化和安全防护提供支撑。
3.相较于常规核电站和污染治理工程数十年的评价周期，放射性废物处置设施核素迁移模拟预测的时间尺度在万年以上。万年尺度上的安全评价具有极大的不确定性，一般无法对所有的核素迁移过程进行精确的模拟，需要对多重屏障系统中的核素迁移过程进行概化和近似，或以保守估计的方式实现对核心迁移过程的模拟预测。现有的以(精确)现实模拟为核心的核素迁移模拟解决方案，无法直接应用到放射性废物处置设施安全评价中。与此同时，已有核素迁移模拟方法往往只适用于单一的固体介质(孔隙介质或裂隙介质)，而放射性废物处置多重屏障系统包含源项、工程屏障、天然屏障和生物圈等子系统，其核素迁移路径上可能同时包含孔隙介质和裂隙介质。因此，有必要建立一种适应万年尺度安全评价需要的核素迁移模拟方法，为放射性废物处置安全评价提供可行的解决方案。
技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法及系统，以在万年尺度上实现对核素在放射性废物处置设施多重屏障系统中迁移的全过程可靠模拟。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法，包括：
7.对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元包括源项、工程屏障、天然屏障和生物圈；
8.结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化；
9.在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型；所述核素迁移过程的数学模型包括孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型和单裂隙迁移模型；
10.采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。
11.可选地，所述对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程，具体包括：
12.对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述迁移过程包括放射性衰变的物理过程以及核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移的近场过程和远场过程。
13.可选地，所述结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化，具体包括：
14.结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程的差异性，将核素在孔隙介质中的迁移过程概化为核素在均匀连续的孔隙单元间的迁移过程，将核素在弱导水性裂隙介质中以对流-扩散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维连续通道中的迁移过程；将核素在导水性裂隙介质中以对流-弥散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维裂隙通道中的迁移过程。
15.可选地，所述在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型，具体包括：
16.在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述孔隙单元迁移模型其中m
′
mi
为网格m中核素i的质量增加率；m
mi
为网格m中核素i的质量；dri为核素i的衰变速率；nji表示核素i的直系母核素的数量；m
mj
为网格m中母核素j的质量；drj为母核素j的衰变速率；p
j-i
表示衰变为i的母核素j的比例；s
j-i
表示每摩尔j衰变产生i的摩尔化学计量比；wi表示核素i的摩尔质量；wj表示母核素j的摩尔质量；nem为与单元m相连接的质量通量连接数量；f
ci
为通过质量通量连接l的核素i的流入通量；w
mi
为外部源汇项对网格m中核素i的直接补给量；
17.在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述含水通道迁移模型其中m
′
is
为单元i中组分s的质量增加率；m
is
为单元i中组分s的质量；drs为组分s的衰变变化速率；nps表示组分s的直系父组分p的数目；m
ip
为单元i中父组分p的质量；dr
p
为父组分p的衰变变化速率；f
p-s
表示衰变为组分s的父组分p的百分比；s
p-s
表示每摩尔组分p衰变产生组分s的摩尔化学计量比；ws表示组分s的摩尔质量；w
p
表示父组分p的摩尔质量；nei为与单元i相连接的质量通量连接c的数量；f
cs
为通过质量通量连接c的组分s的流入通量；
18.在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述单裂隙迁移模型其中fk表示组分k在裂隙通道出口端的通量；q表示裂隙通道中的体积流速；ck表示裂隙通道中可流动区域内单位有效饱和孔隙空间中的组分k在活动区多孔介质的有效孔隙中的平均浓度；s
p
表示可流动区域的横截面积；dk表示组分k可流动区内的有效扩散系数；α表示通道的弥散度；l表示通道的长度；x表示通道内的位置。
19.可选地，所述采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟，具体包括：
20.采用所述孔隙单元迁移模型模拟核素在孔隙介质中的迁移过程；所述孔隙介质包
括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈；
21.采用所述含水通道迁移模型模拟核素在弱导水性裂隙介质中的迁移过程；所述弱导水性裂隙介质包括导水性极低的围岩；
22.采用所述单裂隙迁移模型模拟核素在导水性裂隙介质中的迁移过程；所述导水性裂隙介质包括具有一定导水性的围岩裂隙。
23.一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟系统，包括：
24.核素迁移过程描述模块，用于对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元包括源项、工程屏障、天然屏障和生物圈；
25.核素迁移过程概化模块，用于结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化；
26.核素迁移过程数学模型建立模块，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型；所述核素迁移过程的数学模型包括孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型和单裂隙迁移模型；
27.核素迁移过程模拟模块，用于采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。
28.可选地，所述核素迁移过程描述模块具体包括：
29.核素迁移过程描述单元，用于对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述迁移过程包括放射性衰变的物理过程以及核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移的近场过程和远场过程。
30.可选地，所述核素迁移过程概化模块具体包括：
31.核素迁移过程概化单元，用于结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程的差异性，将核素在孔隙介质中的迁移过程概化为核素在均匀连续的孔隙单元间的迁移过程，将核素在弱导水性裂隙介质中以对流-扩散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维连续通道中的迁移过程；将核素在导水性裂隙介质中以对流-弥散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维裂隙通道中的迁移过程。
32.可选地，所述核素迁移过程数学模型建立模块具体包括：
33.孔隙单元迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述孔隙单元迁移模型其中m
′
mi
为网格m中核素i的质量增加率；m
mi
为网格m中核素i的质量；dri为核素i的衰变速率；nji表示核素i的直系母核素的数量；m
mj
为网格m中母核素j的质量；drj为母核素j的衰变速率；p
j-i
表示衰变为i的母核素j的比例；s
j-i
表示每摩尔j衰变产生i的摩尔化学计量比；wi表示核素i的摩尔质量；wj表示母核素j的摩尔质量；nem为与单元m相连接的质量通量连接数量；f
ci
为通过质量通量连接l的核素i的流入通量；w
mi
为外部源汇项对网格m中核素i的直接补给量；
34.含水通道迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述含水通道迁移模型其中m
′
is
为单元i中组分s的质量增加率；m
is
为单元i中组分s的质量；drs为组分s的衰变变化速率；nps表示组分s的直系父组分p的数目；m
ip
为单元i中父组分p的质量；dr
p
为父组分p的衰变变化速率；f
p-s
表示衰变为组分s的父组分p的百分比；s
p-s
表示每摩尔组分p衰变产生组分s的摩尔化学计量比；ws表示组分s的摩尔质量；w
p
表示父组分p的摩尔质量；nei为与单元i相连接的质量通量连接c的数量；f
cs
为通过质量通量连接c的组分s的流入通量；
35.单裂隙迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述单裂隙迁移模型其中fk表示组分k在裂隙通道出口端的通量；q表示裂隙通道中的体积流速；ck表示裂隙通道中可流动区域内单位有效饱和孔隙空间中的组分k在活动区多孔介质的有效孔隙中的平均浓度；s
p
表示可流动区域的横截面积；dk表示组分k可流动区内的有效扩散系数；α表示通道的弥散度；l表示通道的长度；x表示通道内的位置。
36.可选地，所述核素迁移过程模拟模块具体包括：
37.孔隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述孔隙单元迁移模型模拟核素在孔隙介质中的迁移过程；所述孔隙介质包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈；
38.弱导水性裂隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述含水通道迁移模型模拟核素在弱导水性裂隙介质中的迁移过程；所述弱导水性裂隙介质包括导水性极低的围岩；
39.导水性裂隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述单裂隙迁移模型模拟核素在导水性裂隙介质中的迁移过程；所述导水性裂隙介质包括具有一定导水性的围岩裂隙。
40.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
41.本发明提供了一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法及系统，所述方法包括：对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元包括源项、工程屏障、天然屏障和生物圈；结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化；在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型；所述核素迁移过程的数学模型包括孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型和单裂隙迁移模型；采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。采用本发明方法可以有效克服对多重屏障系统中核素迁移过程进行可靠性模拟的技术难题，能够在万年尺度上实现对核素在放射性废物处置设施多重屏障系统中迁移的全过程可靠模拟，为放射性废物处置设施长期安全评价提供可行的解决方案。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法的流程图；
44.图2为本发明实施例提供的高放废物深地质处置概念示意图；
45.图3为本发明实施例提供的高放废物处置设施核素迁移涉及的主要过程的示意图；
46.图4为本发明实施例提供的地下水运移与核素迁移路径的示意图；
47.图5为本发明一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟系统的结构图。
具体实施方式
48.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。
49.本发明的目的是提供一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法及系统，以在万年尺度上实现对核素在放射性废物处置设施多重屏障系统中迁移的全过程可靠模拟。
50.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
51.图1为本发明一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法的流程图。参见图1，本发明一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法包括：
52.步骤101：对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程。
53.放射性废物处置设施多重屏障系统(以下简称多重屏障系统)由内而外依次是源项、工程屏障、天然屏障(天然围岩)、生物圈等。对核素迁移过程进行概化前，需要对与安全相关的核素迁移过程(包括核素衰变、物理、化学、生物等过程)进行全面描述。
54.图2为本发明实施例提供的高放废物深地质处置概念示意图。参见图2，下面以高放废物深地质处置设施为例，并考虑以花岗岩场址为参考场址进行高放废物处置设施多重屏障系统核素迁移模型构建和核素迁移模拟。
55.首先从处置概念出发，对多重屏障系统中核素迁移过程进行探讨，为过程概化和模型建立提供参考。
56.高放废物地质处置的长期安全建立在多重屏障系统基础之上。现阶段考虑位于地下500-600米饱水层花岗岩围岩中的矿山式处置设施，其中源项为玻璃固化体，由内而外依次被废物处置容器(碳钢)、缓冲回填材料(膨润土)、围岩(花岗岩)所包覆。选址过程保证了处置设施处置坑附近围岩的适宜性，处置设施及其处置坑安全距离外的围岩中存在导水节理带、导水断裂带。受开挖的影响，缓冲回填材料与完整围岩之间存在一个开挖扰动带。
57.玻璃固化体中除了玻璃外，主要成分是经过后处理的轻水反应堆乏燃料，包含锕系元素、裂变产物和活化产物，其具体成分由反应堆设计、冷却时间、后处理技术、处置安全要求等因素共同决定，大致包含四十余种核素。总体上，可以按照时间顺序，以核素随地下水迁移路径为主线，把与安全评价相关的物理、化学、生物过程(放射性衰变等为贯穿始终
的过程)，大致归类为近场过程和远场过程进行梳理。
58.图3为本发明实施例提供的高放废物处置设施核素迁移涉及的主要过程的示意图。参见图3，核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程包括放射性衰变的物理过程以及核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移的近场过程和远场过程。
59.(1)放射性衰变
60.放射性衰变是安全评价全过程都要考虑的物理过程，其影响有二，其一是废物体释热功率，其二是各核素的浓度和盘存量。
61.(2)近场过程
62.当前处置概念下，近场是指工程屏障(玻璃固化体、碳钢处置容器、膨润土缓冲回填材料)和近场花岗岩围岩(开挖扰动带及其受热影响的围岩)。近场过程主要涉及如下事件链：地下水从近场围岩流过缓冲材料，与碳钢接触；地下水腐蚀碳钢处置容器，并最终导致处置容器失效；地下水流入处置容器，与玻璃固化体接触；放射性核素随玻璃固化体的溶解而释出；释出量大于溶解度限制的核素形成二次沉淀；溶解的核素通过碳钢处置容器进入膨润土缓冲回填材料，腐蚀产物可能对核素有一定的吸附作用；溶解的核素通过缓冲回填材料进入近场围岩，缓冲回填材料对核素产生吸附并过滤掉玻璃固化体溶解产生的胶体；溶解的核素随地下水进入远场围岩。
63.处置设施区域范围内的水文地质条件属于场址调查的范畴。处置设施在建设、运行、关闭后阶段都会影响地下水流特性，进而影响近场中的核素迁移，主要体现在三个方面：第一，处置巷道、硐室会改变围岩中的导水通道；第二、处置设施整体释热会以热水耦合的方式影响处置库附近地下水流场；第三，单个处置坑附近由于膨润土吸水膨胀等原因，以热、水、力、化耦合的方式影响局部的地下水流动。
64.(3)远场过程
65.远场是指处置设施产生的热、水、力、化等影响小到可以忽略不计的岩石圈区域。核素随地下水由近场进入远场发生数千年以后，因而远场过程相较近场过程存在更大的不确定性，一定程度上需要保守估计。
66.图4为本发明实施例提供的地下水运移与核素迁移路径的示意图。参考图4中的核素迁移路径，可以把远场过程依次分为：核素在完整围岩、导水节理带、导水断裂带中的迁移这三个阶段，其中导水节理带和导水断裂带主要是依据裂隙密集度和裂隙尺度的不同进行划分。其中第一个阶段核素运移以扩散为主。而后两个阶段核素运移的主导机制则是花岗岩不同结构面(裂隙网络)中的对流弥散过程。裂隙表面和裂隙填充物对核素的吸附一定程度上会阻滞核素的迁移。核素会沿垂直于裂隙的方向向岩体内扩散，这种基质扩散也会对核素迁移有阻滞作用。低孔隙度花岗岩岩体内的孔隙水占总含水量的很大部分，因此在裂隙水流速较慢的条件下，基质扩散的阻滞作用十分重要。流动的裂隙水与静止的孔隙水在裂隙网络中的相互作用可以用双孔隙模型来描述。完整花岗岩中孔隙的连通性是一个十分重要的问题，只有与裂隙连通的孔隙才能发生基质扩散作用。
67.核素通过远场释放到达生物圈，从而可能对人类造成辐射影响。对处置系统安全的评价主要是预测放射性核素释放率和个人有效剂量率，因此安全评价模型就必须模拟并预测核素从处置设施到生物圈的迁移。核素迁移模拟的过程有玻璃固化体溶解，核素释放，
核素溶解/沉淀，核素放射性衰变/内增，核素在废物处置容器腐蚀产物和缓冲层中的扩散和吸附，核素在近场和远场岩石中的平流、扩散/弥散、吸附、基质扩散和吸附等，如表1所示。
68.表1高放废物地质处置系统组成部分和作用过程
[0069][0070]
步骤102：结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化。
[0071]
放射性废物处置设施多重屏障系统包含源项、工程屏障、天然屏障和生物圈等子系统，核素随地下水在多重屏障系统中的迁移，涉及物理、化学、生物等多场多尺度的耦合过程，迁移机理复杂，且放射性衰变贯穿始终。放射性废物处置设施安全评价开展过程中，一般无法对所有的核素迁移过程进行精确的模拟，这就需要在评价的过程中对多重屏障系统中的核素迁移过程进行概化和近似，或以保守估计的方式实现对核心迁移过程的模拟预测，并以此为基础对核素迁移通道进行模块化的拆分，形成数学上、数值方法和算法上均可实现的计算功能要求，以便实现对多重屏障系统全过程中核素迁移过程的可靠模拟。
[0072]
核素迁移模型的代表性及其可靠性需要满足放射性废物处置安全评价时间尺度要求。比如，对于高放废物地质处置，核素迁移模拟的时间一般在万年以上。因此，需要对万年时间尺度上的核素迁移过程进行保守估计(概化)。
[0073]
与安全评价紧密相关的过程，时间空间尺度跨度大、内容丰富、综合性极强。核素迁移过程的概化、近似、模块拆分、保守估计等，是对放射性废物处置设施多重屏障系统的物理、化学、生物等过程的简化描述，是以相对简单的方式确保安全评价得以有效开展的关键步骤。
[0074]
放射性废物处置设施多重屏障系统由内而外依次是源项、工程屏障、天然围岩、生物圈等。源项、工程屏障和生物圈一般为孔隙介质，天然围岩一般为孔隙介质或裂隙介质(其中，裂隙介质又细分为弱导水性裂隙和导水性裂隙)。核素随地下水由近场进入远场，从远场进入生物圈一般发生在数千年以后，因而远场过程和生物圈相较近场过程存在更大的不确定性，一定程度上需要保守估计，为各个子系统相应的迁移模型的模块化拆分提供依据。
[0075]
在全面描述多重屏障系统核素迁移过程的基础上，对万年时间尺度上的核素迁移过程进行概化。多重屏障系统由内而外依次是源项、工程屏障、天然围岩、生物圈等。源项、工程屏障和生物圈一般为孔隙介质，天然围岩一般为孔隙介质或裂隙介质(其中，裂隙介质又细分为导水性强的裂隙和导水性弱的裂隙)。核素在孔隙介质中的迁移过程，可概化为核素在均匀连续的孔隙单元间的迁移过程；核素在弱导水性裂隙介质中以对流-扩散形式为主的迁移过程，可概化为核素随地下水在一维连续通道中的迁移过程；核素在导水性裂隙介质中以对流-弥散形式为主的迁移过程，可概化为核素随地下水在一维裂隙通道中的迁移过程。
[0076]
步骤103：在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型。
[0077]
此步骤涉及核素在包含源项、工程屏障、天然屏障、生物圈等的多重屏障系统中迁移模型的构建，可为放射性废物处置设施的安全评价提供计算支撑。在概化后核素迁移过程的基础上，对核素迁移模型进行模块化划分。根据孔隙介质和不同导水性裂隙介质中核素迁移模拟过程的差异性，对核素迁移模型进行模块化划分，用孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型、单裂隙迁移模型分别模拟核素在孔隙介质、导水性弱的裂隙介质、导水性强的裂隙介质中的迁移过程。
[0078]
多重屏障系统核素迁移路径上伴随着核素衰变、吸附、核素迁移等，但各个屏障单元中核素迁移的形式存在一定的差异性。对于源项单元，侧重对核素溶解的模拟；对于工程屏障单元，侧重对极低水力条件下核素扩散的模拟；对于低水力条件下的天然屏障，侧重对对流-扩散的模拟；对于极低水力条件下的天然屏障，侧重对对流、弥散、围岩基质扩散的模拟；对于生物圈单元，侧重对核素迁移及其剂量吸附的模拟。因此，需要针对核素迁移路径上不同的迁移形式，进行核素迁移过程数学模型的设计，以便构建适合不同单元的核素迁移模型。
[0079]
针对放射性核素随地下水在介质中混合传输过程的模拟需要，构建孔隙单元迁移模型以实现对核素衰变、扩散、吸附等过程的模拟，应用对象包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈等；针对核素随地下水在一维连续通道的迁移，构建含水通道迁移模型以实现对核素衰变、对流、弥散等过程的模拟，应用对象主要是导水性极低的围岩；针对核素随地下水在一维通道的迁移，构建单裂隙迁移模型以实现对核素衰变、对流、弥散、基质扩散、吸附等过程的模拟，应用对象主要是具有一定导水性的围岩裂隙。实际使用中，通过对各类型核素迁移模型的组合表达，能够对现实环境进行综合模拟，可实现对核素在源项、工程屏障、天然屏障和生物圈中的迁移过程的模拟。
[0080]
上述孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型、单裂隙迁移模型，模拟的对象不同，侧重的核素迁移形式一般也不同，其对应的主控方程往往差异明显，接下来针对上述模型，构建与之对应的数学表达模型及其求解方法。
[0081]
1、孔隙单元迁移模型
[0082]
单元网格m中核素i的质量变化遵从如下的质量守恒控制方程：
[0083][0084]
其中，m
′
mi
为网格m中核素i的质量增加率[g/s]；m
mi
为网格m中核素i的质量[g]；dri为核素i的衰变速率[1/s]；nji表示核素i的直系母核素的数量；m
mj
为网格m中母核素j的质
量[g]；drj为母核素j的衰变速率[1/s]；p
j-i
表示衰变为i的母核素j的比例；s
j-i
表示每摩尔j衰变产生i的摩尔化学计量比；wi表示核素i的摩尔质量(数值上等于相对分子质量)[g/mol]；wj表示母核素j的摩尔质量[g/mol]；nem为与单元m相连接的质量通量连接l的数量；f
ci
为通过质量通量连接l的核素i的流入通量[g/s]；w
mi
为外部源汇项对网格m中核素i的直接补给量[g/s]。
[0085]
由质量平衡控制方程(1)可以看出，网格m中核素的质量变化主要由自身衰变项、内生长项、质量通量项以及源汇项四个部分组成。对于孔隙单元连接各核素所构成的方程组，可采用向后的时间隐式差分对单元网格进行求解：
[0086]
m(t+δt)＝[i-δtdi-δtfl]-1
m(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0087]
m(t+δt)为包含衰变族中所有组分的质量变化量矩阵(g/s)；i表示单元网络排出的质量在其离开的那一刻就不再衰减；δt为时间变化率；m(t)为包含衰变族中所有组分的质量矩阵(g)；di为包含衰变组中衰变与增长率的矩阵(1/a)；fl为对流引起的通过质量通量连接的质量变化率矩阵(1/a)。
[0088]
每个网络求解的方程式是根据节点定义的，其中一个节点代表单元网格中的一个单元(主节点)和该单元网格向其他模块排出物质的临时监测点(辅助节点)。为需要计算通量的所有质量通量链接定义了一个辅助节点。增加观测点m2，观测该孔隙单元的质量输出量。以下为是goldsim为每个衰变链求解的基本方程式
[0089][0090]
当质量进入一个下游模块中时，衰减过程恢复。假定从上游模块排出的组分在应用于下游通道时在时间步长上均匀分布。
[0091]
公式(3)的求解方式如下：
[0092][0093]
求解方法采用主元高斯-约当(g-j)消去法作为参考。
[0094]
2、含水通道迁移模型
[0095]
含水通道迁移模型实质上是孔隙单元网格以适当的方式链接而成的含水层连续流通道，构成含水层连续流通道的某一单元网格的控制方程如公式(5)所示：
[0096][0097]
其中，m
′
is
为单元i中组分s的质量增加率(g/s)；m
is
为单元i中组分s的质量(g)；drs为组分s的衰变变化速率；nps表示组分s的直系父组分p的数目；m
ip
为单元i中父组分p的质量(g)；dr
p
为组分p的衰变变化速率(1/a)；f
p-s
表示衰变为组分s的父组分p的百分比；s
p-s
表示每摩尔组分p衰变产生组分s的摩尔化学计量比；ws表示组分s的分子量/原子量(又叫摩尔质量，数值上等于相对分子质量)(g/mol)；w
p
表示父组分p的摩尔质量(g/mol)；nei为与单元i相连接的质量通量连接数量；f
cs
为通过质量通量连接c的组分s的流入通量。
[0098]
含水通道迁移模型实质上是孔隙单元网格以适当的方式链接而成的含水通道连
续流通道。因此，含水通道模型的求解算法与孔隙单元迁移模型相同，采用向后差分的时间隐式差分对含水通道模型进行求解。
[0099]
3、单裂隙迁移模型
[0100]
单裂隙迁移模型是对自然条件下某裂隙中水流运动与核素运移的简化描述，主要假设核素在平行板裂隙中流动，并遵循达西定律和质量守恒。在模拟过程中考虑以下过程：在裂隙系统中，核素运移包含对流迁移、分子扩散、纵向机械弥散等机制；核素从裂隙区向基质区扩散；裂隙区和基质区填充物对核素的吸附作用；核素具有放射性衰变等。其中对流过程通过质量守恒建立，分子扩散弥散遵循fick扩散定律，即单位时间单位面积上的浓度通量与浓度梯度呈正比。吸附过程的简化为等温平衡吸附，并且在公式中用阻滞系数(延迟因子)来代表吸附过程。放射性衰变过程均考虑母体衰变量和自身衰变量，通过求解方程组的形式来简化获取母体衰变量的过程。
[0101]
根据质量守恒定律，通道末端流动流体中组分浓度数学通式为：
[0102][0103]
式中，fk表示组分k在裂隙通道出口端的通量(kg/s)；q表示裂隙通道中的体积流速(m3/s)；ck表示裂隙通道中可流动区域内单位有效饱和孔隙空间中的组分k在活动区多孔介质的有效孔隙中的平均浓度(kg/m3)；s
p
表示可流动区域的横截面积(m2)；dk表示组分k可流动区内的有效扩散系数(m2/s)；α表示通道的弥散度(m)；l表示通道的长度(m)；x表示通道内的位置(m，x＝l表示通道出口端位置)。
[0104]
使用拉普拉斯变换求解单裂隙迁移模型(6)。拉普拉斯变换解决方案技术的中心概念是对于对流占优的系统，排放过程是输入过程的线性函数。
[0105]
针对具有带有任意数量和类型存储区域的移动区域，开发了管状通道传递矩阵的一般解决方案。这是通过使用传递矩阵fz表示从裂隙区域到基质扩散区域的通量，通过参考一般裂隙区域与基质扩散区域之间的交换通量来实现的。
[0106]
考虑无穷小单位长度裂隙区域的体积为s。假定溶质在每个横截面上均匀混合，则浓度可以表示为沿路径x的距离的函数。可移动(溶解的物质)的总量为s
p
sa
mp
c，并且总质量为s
p
sa
mpar
c。
[0107]
用于移动区域质量守恒的一般微分方程定义为(总质量变化率)＝(由于衰减引起的变化率)+(由于水流通量引起的变化率)+(由于流出到存储区引起的变化率)：
[0108][0109]
其中a
mp
为可移动区域中多孔介质可用孔隙度的对角矩阵；ar为活动区域中延迟因子的对角矩阵，即活动区域中总质量与活动质量之比；rd为衰变/生长速率因子矩阵(t-1
)；vq为达西流速(l/t)；ad为有效扩散系数对角矩阵(l2t-1
)；d为弥散系数，等于αq(l2/t)；i为悬浮固体速度放大因子的对角矩阵；z为通道的存储区数；rz为从流动区到不移动区编号z的质量转移速率(m/t)。
[0110]
因此，所述步骤103在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型，具体包括：
[0111]
在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述孔隙单元迁移模型
其中m
′
mi
为网格m中核素i的质量增加率；m
mi
为网格m中核素i的质量；dri为核素i的衰变速率；nji表示核素i的直系母核素的数量；m
mj
为网格m中母核素j的质量；drj为母核素j的衰变速率；p
j-i
表示衰变为i的母核素j的比例；s
j-i
表示每摩尔j衰变产生i的摩尔化学计量比；wi表示核素i的摩尔质量；wj表示母核素j的摩尔质量；nem为与单元m相连接的质量通量连接数量；f
ci
为通过质量通量连接l的核素i的流入通量；w
mi
为外部源汇项对网格m中核素i的直接补给量；
[0112]
在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述含水通道迁移模型其中m
′
is
为单元i中组分s的质量增加率；m
is
为单元i中组分s的质量；drs为组分s的衰变变化速率；nps表示组分s的直系父组分p的数目；m
ip
为单元i中父组分p的质量；dr
p
为父组分p的衰变变化速率；f
p-s
表示衰变为组分s的父组分p的百分比；s
p-s
表示每摩尔组分p衰变产生组分s的摩尔化学计量比；ws表示组分s的摩尔质量；w
p
表示父组分p的摩尔质量；nei为与单元i相连接的质量通量连接c的数量；f
cs
为通过质量通量连接c的组分s的流入通量；
[0113]
在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述单裂隙迁移模型其中fk表示组分k在裂隙通道出口端的通量；q表示裂隙通道中的体积流速；ck表示裂隙通道中可流动区域内单位有效饱和孔隙空间中的组分k在活动区多孔介质的有效孔隙中的平均浓度；s
p
表示可流动区域的横截面积；dk表示组分k可流动区内的有效扩散系数；α表示通道的弥散度；l表示通道的长度；x表示通道内的位置。
[0114]
其中孔隙单元迁移模型可以实现对核素衰变、扩散、吸附等过程的模拟，应用对象包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈等；含水通道迁移模型可以实现对核素衰变、对流、扩散、弥散等过程的模拟，应用对象主要是导水性极低的围岩；单裂隙迁移模型可以实现对核素衰变、对流、弥散、基质扩散、吸附等过程的模拟，应用对象主要是具有一定导水性的围岩裂隙。通过对各类型核素迁移模型的组合表达，可实现对核素在源项、工程屏障、天然围岩和生物圈中的迁移过程的模拟。
[0115]
所述步骤103分别构建了与孔隙单元、含水通道、单裂隙等迁移模型相对应的主控方程和求解算法，实现不同类型迁移模型的数值表达，可以对核素在不同固体介质单元中的核素迁移的结果进行定量化表达。对于放射性废物处置设施，核素从源项中释放出来后，扩散迁移经过工程屏障到达天然屏障，并迁移通过天然屏障到达生物圈，对上述迁移过程及其结果进行计算与分析，是定量表达处置设施对人类和自然环境的潜在危害的核心。
[0116]
步骤104：采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。
[0117]
根据孔隙介质和不同导水性裂隙介质中核素迁移模拟过程的差异性，对核素迁移模型进行模块化划分，用孔隙单元迁移模型对核素在孔隙介质中的迁移过程进行模拟，实现对核素在孔隙单元中衰变、扩散、吸附等过程的模拟，应用对象包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈等；用含水通道迁移模型对核素在弱导水性裂隙介质中的迁移过程进行模拟，
实现对核素衰变、对流、扩散、弥散等过程的模拟，应用对象主要是弱导水性的围岩；用单裂隙迁移模型对核素在导水性裂隙中迁移过程进行模拟，实现对核素衰变、对流、弥散、基质扩散、吸附等过程的模拟，应用对象主要是具有一定导水性的裂隙围岩。
[0118]
因此，所述步骤104采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟，具体包括：
[0119]
采用所述孔隙单元迁移模型模拟核素在孔隙介质中的迁移过程；所述孔隙介质包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈；
[0120]
采用所述含水通道迁移模型模拟核素在弱导水性裂隙介质中的迁移过程；所述弱导水性裂隙介质包括导水性极低的围岩；
[0121]
采用所述单裂隙迁移模型模拟核素在导水性裂隙介质中的迁移过程；所述导水性裂隙介质包括具有一定导水性的围岩裂隙。
[0122]
本发明涉及的一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法，可以用孔隙单元模型对核素在工程屏障中的迁移过程进行模拟，得到的计算结果作为含水通道模型的输入；接着用含水通道模型对核素在工程屏障外围弱导水的裂隙介质中的迁移过程进行模拟，得到的计算结果作为单裂隙模型的输入；然后用单裂隙模型对核素在导水性裂隙介质中的迁移过程进行模拟，得到的计算结果作为生物圈模拟的输入条件。最终实现对核素在放射性废物处置设施多重屏障系统中全过程的模拟，为放射性废物处置设施长期安全评价提供可行的解决方案。本发明提供的方法能够有效的实现对万年时间尺度上核素迁移过程的模拟，对推进放射性废物地质处置安全评价具有重要意义。
[0123]
基于本发明提供的一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法，本发明还提供一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟系统，参见图5，所述系统包括：
[0124]
核素迁移过程描述模块501，用于对放射性废物处置设施多重屏障系统中的核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元包括源项、工程屏障、天然屏障和生物圈；
[0125]
核素迁移过程概化模块502，用于结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化；
[0126]
核素迁移过程数学模型建立模块503，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型；所述核素迁移过程的数学模型包括孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型和单裂隙迁移模型；
[0127]
核素迁移过程模拟模块504，用于采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。
[0128]
其中，所述核素迁移过程描述模块501具体包括：
[0129]
核素迁移过程描述单元，用于对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述迁移过程包括放射性衰变的物理过程以及核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移的近场过程和远场过程。
[0130]
所述核素迁移过程概化模块502具体包括：
[0131]
核素迁移过程概化单元，用于结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，将核素在孔隙介质中以扩散形式迁移为主的迁移过程概化为核素随地下水在均匀连续的孔隙介质中传输；将核素在弱导水性裂隙介质中以对流-扩散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在裂隙介质中传输的一维连续通道；将核素在导水性裂隙介质中以对流-弥散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在裂隙介质中传输的一维通道。
[0132]
所述核素迁移过程数学模型建立模块503具体包括：
[0133]
孔隙单元迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述孔隙单元迁移模型其中m
′
mi
为网格m中核素i的质量增加率；m
mi
为网格m中核素i的质量；dri为核素i的衰变速率；nji表示核素i的直系母核素的数量；m
mj
为网格m中母核素j的质量；drj为母核素j的衰变速率；p
j-i
表示衰变为i的母核素j的比例；s
j-i
表示每摩尔j衰变产生i的摩尔化学计量比；wi表示核素i的摩尔质量；wj表示母核素j的摩尔质量；nem为与单元m相连接的质量通量连接数量；f
ci
为通过质量通量连接l的核素i的流入通量；w
mi
为外部源汇项对网格m中核素i的直接补给量；
[0134]
含水通道迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述含水通道迁移模型其中m
′
is
为单元i中组分s的质量增加率；m
is
为单元i中组分s的质量；drs为组分s的衰变变化速率；nps表示组分s的直系父组分p的数目；m
ip
为单元i中父组分p的质量；dr
p
为父组分p的衰变变化速率；f
p-s
表示衰变为组分s的父组分p的百分比；s
p-s
表示每摩尔组分p衰变产生组分s的摩尔化学计量比；ws表示组分s的摩尔质量；w
p
表示父组分p的摩尔质量；nei为与单元i相连接的质量通量连接c的数量；f
cs
为通过质量通量连接c的组分s的流入通量；
[0135]
单裂隙迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述单裂隙迁移模型其中fk表示组分k在裂隙通道出口端的通量；q表示裂隙通道中的体积流速；ck表示裂隙通道中可流动区域内单位有效饱和孔隙空间中的组分k在活动区多孔介质的有效孔隙中的平均浓度；s
p
表示可流动区域的横截面积；dk表示组分k可流动区内的有效扩散系数；α表示通道的弥散度；l表示通道的长度；x表示通道内的位置。
[0136]
所述核素迁移过程模拟模块504具体包括：
[0137]
孔隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述孔隙单元迁移模型模拟核素在孔隙介质中的迁移过程；所述孔隙介质包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈；
[0138]
弱导水性裂隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述含水通道迁移模型模拟核素在弱导水性裂隙介质中的迁移过程；所述弱导水性裂隙介质包括导水性极低的围岩；
[0139]
导水性裂隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述单裂隙迁移模型模拟核素在导水性裂隙介质中的迁移过程；所述导水性裂隙介质包括具有一定导水性的围岩裂隙。
[0140]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0141]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
技术特征：1.一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法，其特征在于，包括：对放射性废物处置设施多重屏障系统中的核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元包括源项、工程屏障、天然屏障和生物圈；结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化；在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型；所述核素迁移过程的数学模型包括孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型和单裂隙迁移模型；采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程，具体包括：对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述迁移过程包括放射性衰变的物理过程以及核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移的近场过程和远场过程。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化，具体包括：结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，将核素在孔隙介质中的迁移过程概化为核素在均匀连续的孔隙单元间的迁移过程，将核素在弱导水性裂隙介质中以对流-扩散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维连续通道中的迁移过程；将核素在导水性裂隙介质中以对流-弥散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维裂隙通道中的迁移过程。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型，具体包括：在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述孔隙单元迁移模型其中m
′
mi
为网格m中核素i的质量增加率；m
mi
为网格m中核素i的质量；dr
i
为核素i的衰变速率；nj
i
表示核素i的直系母核素的数量；m
mj
为网格m中母核素j的质量；dr
j
为母核素j的衰变速率；p
j-i
表示衰变为i的母核素j的比例；s
j-i
表示每摩尔j衰变产生i的摩尔化学计量比；w
i
表示核素i的摩尔质量；w
j
表示母核素j的摩尔质量；ne
m
为与单元m相连接的质量通量连接数量；f
ci
为通过质量通量连接l的核素i的流入通量；w
mi
为外部源汇项对网格m中核素i的直接补给量；在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述含水通道迁移模型其中m
′
is
为单元i中组分s的质量增加率；m
is
为单元i中组分s的质量；dr
s
为组分s的衰变变化速率；np
s
表示组分s的直系
父组分p的数目；m
ip
为单元i中父组分p的质量；dr
p
为父组分p的衰变变化速率；f
p-s
表示衰变为组分s的父组分p的百分比；s
p-s
表示每摩尔组分p衰变产生组分s的摩尔化学计量比；w
s
表示组分s的摩尔质量；w
p
表示父组分p的摩尔质量；ne
i
为与单元i相连接的质量通量连接c的数量；f
cs
为通过质量通量连接c的组分s的流入通量；在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述单裂隙迁移模型其中f
k
表示组分k在裂隙通道出口端的通量；q表示裂隙通道中的体积流速；c
k
表示裂隙通道中可流动区域内单位有效饱和孔隙空间中的组分k在活动区多孔介质的有效孔隙中的平均浓度；s
p
表示可流动区域的横截面积；d
k
表示组分k可流动区内的有效扩散系数；α表示通道的弥散度；l表示通道的长度；x表示通道内的位置。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟，具体包括：采用所述孔隙单元迁移模型模拟核素在孔隙介质中的迁移过程；所述孔隙介质包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈；采用所述含水通道迁移模型模拟核素在弱导水性裂隙介质中的迁移过程；所述弱导水性裂隙介质包括导水性极低的围岩；采用所述单裂隙迁移模型模拟核素在导水性裂隙介质中的迁移过程；所述导水性裂隙介质包括具有一定导水性的围岩裂隙。6.一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟系统，其特征在于，包括：核素迁移过程描述模块，用于对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元包括源项、工程屏障、天然屏障和生物圈；核素迁移过程概化模块，用于结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化；核素迁移过程数学模型建立模块，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立核素迁移过程的数学模型；所述核素迁移过程的数学模型包括孔隙单元迁移模型、含水通道迁移模型和单裂隙迁移模型；核素迁移过程模拟模块，用于采用所述核素迁移过程的数学模型对所述核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述核素迁移过程描述模块具体包括：核素迁移过程描述单元，用于对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程；所述迁移过程包括放射性衰变的物理过程以及核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移的近场过程和远场过程。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述核素迁移过程概化模块具体包括：核素迁移过程概化单元，用于结合万年以上的安全评价要求，根据所述核素在放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，将核素在孔隙介质中的迁移过
程概化为核素在均匀连续的孔隙单元间的迁移过程，将核素在弱导水性裂隙介质中以对流-扩散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维连续通道中的迁移过程；将核素在导水性裂隙介质中以对流-弥散形式为主的迁移过程概化为核素随地下水在一维裂隙通道中的迁移过程。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述核素迁移过程数学模型建立模块具体包括：孔隙单元迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述孔隙单元迁移模型其中m
′
mi
为网格m中核素i的质量增加率；m
mi
为网格m中核素i的质量；dr
i
为核素i的衰变速率；nj
i
表示核素i的直系母核素的数量；m
mj
为网格m中母核素j的质量；dr
j
为母核素j的衰变速率；p
j-i
表示衰变为i的母核素j的比例；s
j-i
表示每摩尔j衰变产生i的摩尔化学计量比；w
i
表示核素i的摩尔质量；w
j
表示母核素j的摩尔质量；ne
m
为与单元m相连接的质量通量连接数量；f
ci
为通过质量通量连接l的核素i的流入通量；w
mi
为外部源汇项对网格m中核素i的直接补给量；含水通道迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述含水通道迁移模型其中m
′
is
为单元i中组分s的质量增加率；m
is
为单元i中组分s的质量；dr
s
为组分s的衰变变化速率；np
s
表示组分s的直系父组分p的数目；m
ip
为单元i中父组分p的质量；dr
p
为父组分p的衰变变化速率；f
p-s
表示衰变为组分s的父组分p的百分比；s
p-s
表示每摩尔组分p衰变产生组分s的摩尔化学计量比；w
s
表示组分s的摩尔质量；w
p
表示父组分p的摩尔质量；ne
i
为与单元i相连接的质量通量连接c的数量；f
cs
为通过质量通量连接c的组分s的流入通量；单裂隙迁移模型建立单元，用于在所述概化后核素迁移过程的基础上，建立所述单裂隙迁移模型其中f
k
表示组分k在裂隙通道出口端的通量；q表示裂隙通道中的体积流速；c
k
表示裂隙通道中可流动区域内单位有效饱和孔隙空间中的组分k在活动区多孔介质的有效孔隙中的平均浓度；s
p
表示可流动区域的横截面积；d
k
表示组分k可流动区内的有效扩散系数；α表示通道的弥散度；l表示通道的长度；x表示通道内的位置。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述核素迁移过程模拟模块具体包括：孔隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述孔隙单元迁移模型模拟核素在孔隙介质中的迁移过程；所述孔隙介质包括源项、工程屏障、天然屏障、生物圈；弱导水性裂隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述含水通道迁移模型模拟核素在弱导水性裂隙介质中的迁移过程；所述弱导水性裂隙介质包括导水性极低的围岩；导水性裂隙介质迁移过程模拟单元，用于采用所述单裂隙迁移模型模拟核素在导水性裂隙介质中的迁移过程；所述导水性裂隙介质包括具有一定导水性的围岩裂隙。
技术总结本发明涉及一种放射性废物处置过程中的核素迁移模拟方法及系统。所述方法包括：对放射性废物处置设施多重屏障系统中核素迁移过程进行描述，确定核素在多重屏障系统不同单元中的迁移过程；结合万年以上的安全评价要求，以及核素在多重屏障系统不同单元中迁移过程的差异性，对核素迁移过程进行概化；在概化后的核素迁移过程基础上，建立核素迁移过程的数学模型；采用核素迁移过程的数学模型对核素在所述放射性废物处置设施多重屏障系统不同单元中的迁移过程进行模拟。采用本发明方法能够在万年尺度上实现对核素在放射性废物处置设施多重屏障系统中迁移的模拟，为放射性废物处置设施长期安全评价提供可行的解决方案。置设施长期安全评价提供可行的解决方案。置设施长期安全评价提供可行的解决方案。
技术研发人员：王驹 陈亮 凌辉 刘旭东 马明清
受保护的技术使用者：核工业北京地质研究院
技术研发日：2022.04.12
技术公布日：2022/7/5
