9.3.2.1 Monitoreo de la contaminación por accidentes nucleares
Los accidentes nucleares a menudo causan una amplia gama de contaminación y causan enormes pérdidas en la vida de las personas y en la economía nacional, atrayendo la atención mundial. El trabajo de monitoreo geofísico de accidentes nucleares se puede dividir aproximadamente en dos partes: una es el trabajo de monitoreo rápido de grandes áreas iniciado después del accidente nuclear, para comprender el alcance y la dirección de la contaminación diaria que se propaga de manera oportuna y tomar las medidas preventivas correspondientes; el otro es el seguimiento a largo plazo de todas las instalaciones nucleares para que, en caso de accidente, se pueda comprender el fondo radiactivo original y poder seguir el proceso de eliminación gradual de la contaminación después del accidente.
(1) Monitoreo del accidente nuclear de Chernobyl
Mucho antes de que se construyera la planta de energía nuclear, la Academia Soviética de Ciencias de Ucrania había monitoreado Kiev a través de su estación de monitoreo a principios de los años 1960. -vigilancia medioambiental radiactiva a plazo de las zonas circundantes (incluida la zona de Chernobyl). Los parámetros monitoreados incluyen el valor de fondo de radiación gamma (medido con un radiómetro), la medición de la actividad radiactiva de materiales dispersos (recogidos usando una placa plana con un área de 40 cm × 40 cm y un trozo de papel de filtro empapado en glicerol esparcido en el fondo de la placa. La recolección dura dos semanas. La muestra se coloca en un crisol de porcelana y se calienta a 500°C en un horno eléctrico hasta convertirla en cenizas, y luego se mide su intensidad de radiación beta), detección de contaminación radiactiva del suelo (muestra en profundidad). de 5 cm por debajo de la superficie con un muestreador cuadrado de 10 cm × 10 cm, la muestra se seca al aire, se muele. Después de triturarla y tamizarla, se mide su intensidad de radiación beta).
Antes del accidente, la tasa de dosis de radiación gamma era de 10 a 12 μR/h (valor de fondo). Después del accidente del 26 de abril de 1986, aumentó a 5 mR/h el 30 de abril. inferior al valor de fondo aproximadamente 500 veces mayor. Los valores de radiación gamma cambiaron fuertemente en los días siguientes, lo que estuvo relacionado con la continua fuga de materiales radiactivos y los cambios climáticos. Después de que el reactor explotara de nuevo el 9 de mayo, la radiación gamma también volvió a alcanzar su punto máximo. A finales de 1986, la radiación gamma cayó a 50 μR/h, y en 1992 (antes de que se anunciaran los resultados del monitoreo) volvió a caer a 16 a 18 μR/h, lo que se aproximaba al valor de fondo antes del accidente.
La actividad radiactiva beta en el suelo (basada en la masa del suelo) era de 550-740 Bq/kg antes del accidente y aumentó a 29.600 Bq/kg después del accidente. La actividad masiva del 90Sr radiactivo antes del accidente era de 3,7-22,2 Bq/kg y aumentó 10 veces después del accidente.
Para comprender la distribución regional de la contaminación, el Servicio Geológico Sueco utilizó dos aviones geofísicos especiales para realizar mediciones aéreas del espectro de energía gamma a una altitud de 150 m. Las mediciones se tomaron del 1 al 6 de mayo de 1986. Los resultados se muestran en la Figura 9.12. Valores evidentemente altos se encuentran cerca de Gavle. El foco de la investigación de los próximos días se trasladó al sur de Suecia para ver si se podía permitir a las vacas pastar allí en la nueva hierba primaveral. Del 5 al 8 de mayo, se utilizaron líneas de reconocimiento de este a oeste con un espacio entre líneas de 100 km para cubrir otras áreas de Suecia y se encontró que el área contaminada continuó expandiéndose hacia la frontera entre Suecia y Noruega. Del 9 de mayo al 9 de junio, toda Suecia fue cubierta por un reconocimiento aéreo con un espacio entre líneas de 50 km, y las líneas de reconocimiento se condensaron a 2 km en algunas áreas anormales. Después del 28 de abril de 1986, la Unión Soviética llevó a cabo mediciones aéreas de espectroscopía de energía gamma a escalas de 1:100.000, 1:200.000 y 1:500.000 en un área doméstica de 527.400 km para monitorear áreas donde la contaminación radiactiva es difusa.
Figura 9.12 Mapa de contorno de tasa de dosis de exposición a rayos gamma de la aviación sueca (la unidad de tasa de exposición es μR/h)
(2) Seguimiento de satélites de propulsión nuclear
Desde el satélite se desintegra en múltiples fragmentos después de ingresar a la atmósfera, se deben realizar trabajos de monitoreo en un área amplia alrededor de la órbita de aterrizaje, basándose principalmente en mediciones aéreas del espectro de energía gamma, y se llevarán a cabo inspecciones terrestres después de que se descubran anomalías.
El satélite Cosmos-954 de la Unión Soviética propulsado por un reactor nuclear cayó en el noroeste de Canadá desde finales de 1977 hasta principios de 1978. A principios de 1978, el Departamento de Defensa Nacional de Canadá y el Departamento de Energía de Estados Unidos cooperaron para rastrear las ubicaciones dispersas de desechos de satélites en Canadá. Primero, basándose en la trayectoria de caída del satélite predicha por la computadora, se trazó un área de caída de 800 kilómetros de largo y 50 kilómetros de ancho, desde el extremo oriental del Gran Lago Slave hasta el Lago Becker cerca de la Bahía de Hudson, y se dividió en 14 secciones. Se utilizaron cuatro aviones C-130 Heracles para realizar mediciones del espectro de energía gamma de la aviación a una distancia de línea de 1.853 km y una altitud de 500 m sobre el suelo.
El sistema de espectrometría de energía del Servicio Geológico de Canadá detectó por primera vez fuentes radiactivas en la Sección 1 en el hielo en el extremo este del Gran Lago Slave. El 31 de enero, se realizó un censo de toda el área y se encontró que todos los desechos radiactivos se encontraban dentro de un área. Banda de 10 km de ancho, y en esta zona se realizó una inspección detallada con una distancia de línea de 500 m y una altura de 250 m sobre el suelo. Dado que la altitud de vuelo del avión Hércules no se puede reducir más, también se utilizó un sistema de detección de helicópteros y en el hielo de la sección 9 se encontraron muchas fuentes radiactivas débiles que no se pueden encontrar a la altitud de vuelo del avión. Avión Hércules, un análisis posterior de estos fragmentos reveló que formaban parte del núcleo del reactor. Después de eso, el sistema de helicópteros descubrió más desechos radiactivos a lo largo de la costa sur del Gran Lago Slave (Figura 9.13). Estos desechos se desplazaron hacia el lado sur de la ruta planificada con el viento del norte. A finales de marzo, se realizó una medición sistemática del espectro gamma con un helicóptero en el hielo del Gran Lago Slave. El análisis de los datos demostró además que el núcleo del reactor se había desintegrado por completo después de entrar en la atmósfera. En el verano del mismo año, la Autoridad Reguladora de la Energía Atómica de Canadá llevó a cabo nuevos trabajos de vigilancia y limpieza para garantizar que se eliminaran todos los materiales nocivos. Finalmente se recuperaron unos 3.500 fragmentos, los 480 kilómetros más al sur de la órbita del satélite.
9.3.2.2 Monitoreo de la contaminación proveniente de la exploración y fundición de minas
Además de los depósitos de uranio, se encuentran muchos metales no ferrosos, metales preciosos, metales raros, elementos de tierras raras y depósitos de fosfato. También asociados con Hay grandes cantidades de elementos radiactivos, y la exploración, extracción, beneficio y fundición de estos depósitos pueden provocar contaminación radiactiva. Para eliminar estas contaminaciones y comprender la eficacia de la eliminación, es necesario realizar un seguimiento.
(1) Contaminación y monitoreo de sitios de relaves
En la etapa de exploración geológica, aunque los yacimientos minerales no fueron entregados al sector industrial para minería, túneles horizontales, piques y someros Los pozos y otros proyectos han provocado que la zona minera esté contaminada por elementos radiactivos naturales. Durante el proceso de extracción de depósitos minerales, el apilamiento y transporte de minerales y rocas estériles causan contaminación en un área más grande. Los relaves y escorias producidos durante el proceso de preparación y fundición también son fuentes de contaminación que no se pueden ignorar.
Figura 9.13 Distribución de los recuentos totales de rayos gamma causados por desechos radiactivos del satélite Cosmos-954 en el área del Gran Lago Slave
El Departamento de Energía de EE. UU. realizó estudios de radiactividad en el aire en el Salt Lake Valley de 1979 a 1980, con el fin de delimitar el alcance del sitio de relaves y guiar la investigación del terreno. El sistema de medición está instalado en un helicóptero. El detector consta de 20 cristales de NaI, cada uno con un volumen de 645,7 cm3, una altitud de 46 m y una distancia de línea de 76 m. Con base en los datos de medición, se dibuja el mapa de contorno de la tasa de dosis de exposición, como se muestra en la Figura 9.14(a), y el mapa del rango de distribución del contenido de 226Ra sobre el valor de fondo se muestra en la Figura 9.14(b). La tasa de dosis de irradiación de fondo cambia entre 430 y 645 fA/kg (1μR/h=71,667 fA/kg). La tasa máxima de exposición de la pila de relaves supera 1×105fA/kg. Hay dos partes que sobresalen con una tasa de irradiación relativamente alta al norte de la pila de relaves. Se cree que la del oeste es causada por los relaves arrastrados por el viento. La del este está distribuida a lo largo del ferrocarril y puede ser. causado por los relaves que se transportan durante la medición. El material radiactivo puede ser causado por mineral disperso o relaves transportados a lo largo de las líneas ferroviarias. También se supone que otras anomalías de radiación a lo largo de la vía férrea se deben a la dispersión.
Utilizando los datos de medición de radiactividad aérea, el Departamento de Salud de Salt Lake City y el Departamento de Salud de Utah delinearon 14 áreas de anomalías radiactivas previamente desconocidas. Las inspecciones terrestres encontraron que 9 ubicaciones eran relaves de concentradores de uranio, uno de ellos es mineral de uranio. , tres son escoria radiactiva y uno es equipo de procesamiento de minerales almacenado. Se limpiaron todas las zonas contaminadas identificadas a principios de los años 1980.
(2) Contaminación y seguimiento de la minería y la quema de carbón
Muchas áreas importantes de extracción de carbón forman grandes áreas de contaminación radiactiva durante el proceso de extracción del carbón. Por ejemplo, en la zona minera del Ruhr en Alemania se descubrió que la concentración de actividad causada por el contenido de 226Ra en el agua bombeada desde la mina de carbón a la superficie alcanzaba los 13 kBq/m3, y el agua que fluía hacia el túnel subterráneo alcanzaba los 63 kBq/m3. El agua extraída cada año de todas las minas de carbón de la región del Ruhr contiene 226Ra, lo que da como resultado una actividad total de ***37GBq. La distribución de la contaminación radiactiva en el suelo está relacionada en gran medida con la composición química del agua. Hay dos tipos de agua que contiene radio. El tipo A contiene poco o nada de sulfato, pero el tipo B contiene una gran cantidad de iones. sulfato, pero no contiene iones Ba2+. El radio no precipita en agua de Clase B, pero cuando el radio en agua de Clase A se mezcla con sulfato, el radio y el bario precipitan al mismo tiempo, formando sedimentos radiactivos.
Muchas minas de carbón han estado explotando durante más de cien años, formando una gruesa capa sedimentaria por donde fluyen las aguas residuales de la mina, con una actividad masiva de hasta 150 kBq/kg, y provocando contaminación del suelo y las plantas. La actividad masiva del suelo oscila entre 0,2. a 31 kBq/kg Las plantas frescas a ambos lados del canal contienen 226Ra, con una actividad masiva de 1 kBq/kg.
En la actualidad, muchos países en desarrollo del mundo utilizan el carbón como principal fuente de energía, por lo que las cenizas volantes se han convertido en una fuente de contaminación radiactiva a gran escala. Según estadísticas del Comité Científico de las Naciones Unidas sobre los Efectos de las Radiaciones Atómicas (UNSCEAR), una central térmica que quema 10 toneladas de carbón por día libera a la atmósfera actividad radiactiva de 238U que alcanza los 1850kBq. Una central térmica de 1000MW emite 5×105t. de cenizas volantes cada año, de las cuales se emiten a la atmósfera 1,4×105t. Las encuestas muestran que la mortalidad por cáncer debida a la radiactividad de las cenizas volantes es 30 veces mayor en las centrales térmicas que en las nucleares.
Figura 9.14 Estudio radiactivo aéreo en el Valle de Salt Lake
(3) Contaminación radiactiva y monitoreo en la extracción y transporte de petróleo
Contaminación radiactiva en el proceso de desarrollo petrolero principalmente proviene de registros de pozos radiactivos. Los materiales radiactivos utilizados en el registro de pozos incluyen principalmente fuentes de neutrones, isótopos, etc., como la fuente de neutrones de americio berilio (241Am-Be), 137Cs, 226Ra, 131Ba, 131I, 113Sn, 113In gamma, etc. La contaminación radiactiva durante el proceso de registro del pozo es causada principalmente por una operación incorrecta. Por ejemplo, debido a una operación descuidada, la solución de activación configurada salpica al ambiente externo durante los procesos de apertura, llenado, dilución y agitación, lo que provoca fugas de aerosol de 131I. ; al inyectar fluido de activación 131I en pozos de inyección de agua, debido a una operación incorrecta, causa contaminación de la superficie alrededor del sitio del pozo, contamina las tuberías del pozo y las herramientas del fondo del pozo durante el proceso de registro del pozo;
En la producción petroquímica, detección de fallas, control de nivel de líquido, medición de nivel de líquido, densidad de equipos que soportan presión (como tubos de calderas, tanques de globos licuados, camiones cisterna de gas licuado, recipientes a presión, tuberías, etc.) La tecnología de la radiación se utiliza ampliamente en mediciones, dosificación de materiales, análisis de composición química, fluoroscopia, radiografía, tratamiento de enfermedades, etc. en el tratamiento médico. La dosis y la actividad de las fuentes de isótopos radiactivos en términos de nivel de material, nivel de líquido, densidad, dosis de material y análisis de composición química son generalmente de varios milicurios (mCi) y rara vez superan los 1000 mCi. Sin embargo, en condiciones de trabajo normales, ya sea que se dediquen a la detección de fallas industriales o a los operadores de instrumentos isotópicos, su salud no se verá perjudicada por la radiactividad.
En áreas con grandes áreas de contaminación radiactiva en campos petrolíferos, esto puede incluso reflejarse en la medición del espectro gamma en el aire 1:500.000. Los contaminantes son principalmente radio y sus productos de desintegración, así como el contenido de uranio y. El torio no excede el valor de fondo del suelo. La empresa midió mediante espectroscopía de energía de vehículos de carretera 40 yacimientos de petróleo y gas en la zona fronteriza de Stávropol. Se encontraron más de 300 zonas contaminadas con residuos radiactivos y la tasa de exposición a los rayos gamma fue de 60 a 3.000 μR/h. La mayoría de ellos están en el rango de 100 a 1000 μR/h.
(4) Contaminación radiactiva y seguimiento de los fertilizantes fosfatados
En el entorno natural, existe una relación biológica estable entre el fósforo y el uranio. La materia prima del fertilizante fosfatado: la roca fosfórica. niveles relativamente altos de uranio, y los subproductos de los fertilizantes fosfatados contienen más productos de desintegración del uranio, lo que provocará contaminación radiactiva al medio ambiente alrededor de la planta de fertilizantes fosfatados.
Existe una gran planta de ácido fosfórico cerca de la confluencia de los ríos Odile y Tinto, en el suroeste de España, que se utiliza para fabricar fertilizantes fosfatados. La materia prima es la fosfatita, que contiene una gran cantidad de radionúclidos de la serie del uranio. . El método de producción de ácido fosfórico en España consiste en utilizar ácido sulfúrico para tratar la roca original. En el proceso se forma un precipitado de sulfato cálcico (CaSO4·2H2O), llamado fosfoyeso. Este subproducto se vierte directamente al río Odier o. amontonados en la fábrica alrededor. Por lo tanto, es necesario estimar la cantidad de nucleidos que la planta descarga al medio ambiente cada año. Además, se determinó el contenido de elementos radiactivos de varios fertilizantes comerciales en el suroeste de España para estimar su impacto radioecológico en las tierras de cultivo.
Todas las investigaciones se basan en la determinación de isótopos de U, 226Ra y 210Po y 40K en muestras sólidas y líquidas. Conociendo la cantidad de fosfoyeso producida cada año y la actividad de masa promedio de U, 226Ra y 210Po, se puede concluir que la actividad total de los isótopos de U descargados cerca de la fábrica cada año es de aproximadamente 0,6 TBq, la actividad total de 210Po es de 1,8 TBq y la actividad total de 226Ra La cantidad total de radionucleidos es 1,8 TBq. El 80% de la cantidad total de varios radionucleidos permanece en la pila de fosfoyeso y el resto se descarga directamente en el río Odile. El fosfoyeso almacenado se disuelve gradualmente. agua y desemboca en el río.
La concentración de actividad de 238U del agua que llega al río Tinto es de 40 Bq/L, la de 226Ra es de 0,9 Bq/L y la de 210 Po es de 9 Bq/L. Para estudiar la contaminación del río, también se tomaron muestras de sedimentos del sistema de agua. El peso húmedo de las muestras fue de varios kilogramos, se secaron, se molieron y se mezclaron antes de medirlas con un detector de germanio de alta pureza. cubierto con una pantalla de plomo de 10 cm de espesor y contenía un revestimiento de cobre de 2 mm para medir la actividad de masa más baja.
En nuestro país también se ha descubierto contaminación radiactiva ambiental procedente de plantas de fertilizantes fosfatados. Cuando la Corporación de la Industria Nuclear realizó mediciones aéreas de espectroscopía de energía gamma en los suburbios de Shanghai, descubrió un nivel anormal de uranio de 10 × 10-6, que era 45 veces el valor inicial. Se descubrió que era causado por el polvo de roca de fosfato. una planta de fertilizantes.
9.3.2.3 Contaminación radiactiva y seguimiento de los materiales de construcción
Además del radón que se escapa de las rocas y el suelo de los cimientos de la casa, los materiales de construcción también pueden contener ciertos elementos radiactivos. Puede convertirse en una fuente de contaminación radiactiva. Cuando la actividad masiva del radio en los materiales de construcción es superior a 37 Bq/kg, se convertirá en una fuente importante de radón en el aire interior. En algunos lugares, los desechos industriales se utilizan como materia prima para la fabricación de materiales de construcción, lo que puede llevar contaminantes radiactivos a los interiores. Por ejemplo, el uso de cenizas volantes o escoria para fabricar materiales de construcción alguna vez se consideró una buena manera de reciclar los desechos. Sin embargo, cuando el contenido de elementos radiactivos en el carbón es alto, puede tener consecuencias graves. La Corporación de la Industria Nuclear de mi país realizó una vez un estudio sobre la tasa de dosis absorbida en interiores de casas construidas con bloques de piedra y descubrió que la tasa de dosis absorbida de radiación gamma de las casas construidas con bloques de piedra era de 3 a 9 veces mayor que la de las casas en el grupo de control. Las fábricas de nuestro país que utilizan relaves y escoria de Bayan Obo como materia prima para fabricar cemento tienen concentraciones de radón en interiores de 4 a 6 veces mayores que las del grupo de control cuando construyen casas con el cemento producido por ellas. Los resultados de un estudio sobre la radiactividad de los materiales de construcción comúnmente utilizados en los Estados Unidos muestran que la madera irradia la menor cantidad de radón y el hormigón es el que emite la mayor cantidad.
Los ladrillos se utilizan principalmente como materiales de construcción para edificios residenciales en mi país. Entre ellos, el 40K radiactivo tiene la actividad de masa más alta de 148 Bq/kg, el Ra es de 37~185 Bq/kg y el torio es de 37~. 185Bq/kg. Para los materiales de construcción naturales, el estándar de la industria de materiales de construcción (JC518-93) los divide en tres categorías, consulte la Tabla 9.4.
Tabla 9.4 Normas de clasificación de radiación nuclear de mi país para materiales de construcción naturales
El Instituto Ruso de Geofísica de Exploración propone utilizar los siguientes parámetros para monitorear la dosis de radiación de los residentes interiores de los materiales de construcción.
9.3.2.4 Selección del sitio y estudio de los sitios de eliminación de desechos nucleares
Los países eligen los cuerpos geológicos adecuados para almacenar desechos nucleares de acuerdo con sus propias condiciones, pero hasta ahora son los dos más estudiados Especies : cuerpos salinos y cuerpos de rocas cristalinas plutónicas. La masa de sal se considera el mejor medio geológico para almacenar residuos nucleares. Sus ventajas son que la capa de sal intacta está seca, las grietas generadas en la masa de sal son fáciles de curar y la sal puede absorber mejor el calor liberado por los residuos nucleares. Más fácilmente que otras rocas, y la sal es capaz de proteger contra la radiación, la sal tiene una alta resistencia a la compresión y generalmente se encuentra en áreas con baja actividad sísmica. En otros países, por sus respectivas condiciones geológicas, se estudia principalmente el uso de rocas cristalinas plutónicas para almacenar residuos nucleares. Por ejemplo, en países como Canadá y Suecia, la mayor parte de su territorio pertenece a la geología precámbrica y sus objetos de investigación incluyen gneis, granito, gabro, etc. La capacidad de estos macizos rocosos para almacenar residuos nucleares depende principalmente de la actividad del agua subterránea en ellos. Dado que los únicos canales para el agua subterránea en las rocas cristalinas son las fisuras, es una tarea importante delimitar las zonas de fisuras y estudiar su contenido de agua. Al seleccionar un sitio de almacenamiento específico, considere las siguientes condiciones: el terreno es plano, por lo que el gradiente hidráulico es pequeño, las zonas de fisuras importantes no deben pasar a través del sitio, las zonas de fisuras pequeñas deben ser la menor posible y los lugares que pueden contener minerales debe evitarse.
Otros cuerpos geológicos estudiados incluyen arcilla, basalto, toba, esquisto, arenisca, yeso y carbonatos que también son objetivos que pueden considerarse. En general, las rocas carbonatadas no son adecuadas, pero vale la pena investigar las lentes carbonatadas rodeadas de rocas impermeables. Además de los cuerpos geológicos terrestres, también se han iniciado investigaciones sobre las rocas del fondo marino.
(1) Trabajo geofísico en el estudio de selección del sitio del cuerpo de sal
A. Estudio del cuerpo de sal
Para almacenar residuos nucleares, primero debemos comprender las características. de la capa de sal La profundidad, el espesor y la estructura delinean los cuerpos de sal adecuados para el almacenamiento, y generalmente se prefiere almacenar los desechos nucleares en domos de sal.
Medición de la gravedad. El método de gravedad puede inspeccionar eficazmente los domos de sal. La densidad de la sal es estable, 2,1×103kg/m3, que a menudo es menor que la de la roca circundante (2,2×103~2,4×103kg/m3. Se puede medir la baja gravedad de n×10~n×100g.u. en la cúpula de sal.
Cuando hay una capa gruesa de yeso en la parte superior del domo de sal, la densidad del yeso es alta, lo que resulta en una gravedad alta sobre un fondo de baja gravedad. Cuando un domo de sal está rodeado por roca ígnea densa (la roca ígnea fue invadida durante la formación del domo de sal), aparece una alta gravedad anular en el borde de la baja gravedad. El relieve de la superficie del domo de sal se puede estudiar de manera integral con mediciones sísmicas y de gravedad de alta precisión. Cuando el campo de gravedad en el área del domo de sal es muy complejo (el campo de gravedad es un reflejo integral de las capas suprasal, subsal, capas salinas y sótano), se utiliza el método de minimización para la interpretación: primero, se crea un modelo. propuesto en base a datos geológico-geofísicos, y luego seleccionado automáticamente La curva del modelo que mejor se ajusta a la anomalía de gravedad observada, de modo que la suma de las desviaciones al cuadrado entre las dos sea igual al valor mínimo.
Medida eléctrica. La sal tiene una resistividad mayor que la roca circundante y es una capa de referencia eléctrica. En el pasado, se utilizaban sondeos de corriente continua para estudiar la estructura de las capas de sal. En los últimos años, se han utilizado cada vez más el método telúrico y el método magnetotelúrico. Cuando se utiliza el método telúrico para determinar la profundidad de enterramiento de cuerpos de sal, se utiliza la relación estadística entre la intensidad de campo promedio de la corriente telúrica y la profundidad de la capa de sal, por lo que se debe dominar una pequeña cantidad de datos sísmicos y de perforación. Las áreas de alto valor con intensidad de campo promedio corresponden a domos y muros de sal, y muchas de las estructuras locales rodeadas de esta manera han sido confirmadas por terremotos o perforaciones.
Medición sísmica. Los métodos de reflexión y refracción sísmica son muy eficaces para detectar el relieve de las capas de sal en áreas de rocas sedimentarias con estructuras relativamente simples. Por ejemplo, la ubicación y la forma del Domo de Sal de Morse seleccionado por Dinamarca para almacenar desechos nucleares se determinaron en función de la distribución de las superficies reflectantes. En algunos casos, los métodos sísmicos de superficie sólo pueden determinar la ubicación de la parte superior plana del domo de sal. Sin embargo, es difícil determinar la forma y posición de la pared lateral, lo que se puede hacer utilizando mediciones sísmicas dentro del pozo.
En resumen, al seleccionar un sitio, para estudiar la estructura de la sal, generalmente se utilizan primero los métodos eléctricos y de gravedad. La combinación de los dos puede determinar el tamaño y la forma de la estructura de la sal en el plano. con más detalle. La red de estudios sísmicos se organiza en función de los resultados de los métodos eléctricos y de gravedad. La profundidad del cuerpo de sal se puede determinar con precisión mediante métodos sísmicos, mientras que la posición y la forma de las paredes laterales del cuerpo de sal se pueden determinar con precisión mediante el uso de pozos. sismicidad.
B. Estudiar la estructura interna del cuerpo de sal
Para determinar si el cuerpo de sal es adecuado para almacenar residuos nucleares, es necesario estudiar la estructura interna de la sal. cuerpo, es decir, el número de impurezas (capas intermedias) que contiene, el contenido de agua y el grado de desarrollo de grietas.
Determinar la cantidad de impurezas (capas intermedias). La pureza relativa de la sal es un factor importante que afecta su capacidad para almacenar desechos nucleares. La presencia de impurezas reducirá la resistencia a la compresión de la capa de sal y reducirá su capacidad para proteger contra la radiación. Las impurezas contenidas en el cuerpo de sal incluyen componentes de lodo, yeso, etc. Algunos componentes del lodo forman capas intermedias separadas y otros se mezclan con sal para formar sal de lodo. La pureza de las capas de sal del Pérmico medio y superior en la cuenca de Palo Duro en Texas, EE. UU., se evaluó mediante registros gamma naturales y registros gamma-gamma de densidad. La intensidad de los rayos gamma está relacionada con el contenido arcilloso, porque la cantidad de torio en el componente arcilloso es mayor. Existe una correlación lineal entre la densidad obtenida mediante el registro γ-γ y el porcentaje de yeso. Se calculó la intensidad gamma promedio para cada capa de sal en cada pozo. Para capas intermedias de menos de 30 pies, la intensidad gamma se promedia junto con la capa de sal. Cuando la capa intermedia tiene más de 30 pies, la capa de sal se trata como dos capas separadas. En base a esto, se crean mapas de contorno de la intensidad de los rayos gamma de diferentes ciclos. Se trata esencialmente de un mapa de contenido de lodo, a partir del cual se pueden seleccionar las zonas con menor contenido de lodo como lugares para almacenar residuos nucleares.
En la región de Salt Valley de Estados Unidos, el método del perfil sísmico vertical también se ha utilizado para dividir las capas intermedias de la sal en función de las diferentes velocidades de onda. En el Domo de Sal de Morse en Dinamarca, se utilizó la gravedad en el pozo para estudiar las capas intermedias dentro de la sal.
Estudiar el contenido de agua. La presencia de agua en la masa de sal es un peligro potencial para el establecimiento de desechos nucleares, ya que hace que parte de la sal se disuelva en salmuera, reduce la resistencia mecánica de la sal y corroe el contenedor de desechos. El registro de neutrones se puede utilizar para medir el contenido de agua de las masas saladas, utilizando 255 Cf como fuente de neutrones. Las pruebas han demostrado que el pico del hidrógeno en el espectro de rayos gamma liberado es muy débil y no puede usarse como escala para evaluar el contenido de agua. Sin embargo, la interacción entre los neutrones rápidos y los núcleos de Na y Cl puede usarse para medir el contenido de agua. los siguientes parámetros: Na La relación entre el pico de dispersión inelástica de neutrones y el pico de captura de neutrones de Cl. La dispersión inelástica significa que el núcleo de Na absorbe un neutrón y emite un neutrón y rayos gamma, y la posición del pico de los rayos gamma es de 138 keV. La captura de neutrones significa que el núcleo de Cl captura un neutrón y emite rayos gamma, y la posición; de su pico a 789keV. La proporción anterior es directamente proporcional al contenido de agua. Estados Unidos ha utilizado el método electromagnético transitorio para determinar la ubicación de la salmuera. Durante la detección real, se descubrió que la ubicación de la salmuera es bastante consistente con la posición de la capa de baja resistencia derivada de la inversión unidimensional de la salmuera. Método electromagnético transitorio.
Comprender el grado de desarrollo de la fisura. Para garantizar la seguridad de los depósitos de residuos nucleares, es necesario comprender el grado de desarrollo de grietas en la capa de sal.
Los métodos principales son los métodos eléctricos en el pozo (especialmente los métodos de ondas de radio) y el registro acústico. La resistividad de la sal es alta, la pérdida de propagación de ondas electromagnéticas es pequeña, la distancia de detección del método de ondas de radio es grande y la resistividad o constante dieléctrica de la capa intermedia o grieta es diferente a la de la sal. para la aplicación del método de las ondas de radio. El método de ondas de radio incluye métodos de perspectiva y reflexión. El método de perspectiva mide la atenuación de las señales entre agujeros, mientras que el método de reflexión, donde las antenas transmisora y receptora se ubican en el mismo agujero, mide el tiempo de viaje de los pulsos electromagnéticos y las características de. la capa reflectante. La sal uniforme no producirá una reflexión obvia y, a medida que aumentan las grietas, la reflexión también aumentará. La sal sin grietas tiene alta resistividad y pequeña atenuación, mientras que la sal con múltiples grietas tiene baja resistividad y gran atenuación. Por tanto, los cuerpos salinos con baja atenuación y baja reflexión son más adecuados para almacenar residuos nucleares.
Cuando se utiliza el registro sónico para determinar la ubicación de la zona de fractura, se pueden utilizar diferentes parámetros, como la amplitud de la onda reflejada, la velocidad del sonido y el tiempo de intervalo.
(2) Trabajo geofísico en la selección del sitio y estudio del macizo rocoso cristalino plutónico
Se planea almacenar residuos nucleares en un macizo rocoso cristalino plutónico de granito a una profundidad de 500 a 1000 m , similar a una mina de procesamiento en la cueva. En el proceso de selección e investigación del sitio de macizos rocosos cristalinos plutónicos, el trabajo geofísico se divide en tres etapas: selección del sitio, evaluación del sitio e investigación durante la excavación de cuevas.
A. Selección de sitios
Primero, realice un censo regional para seleccionar varias áreas como sitios candidatos para tratamiento. Cada área puede abarcar miles de kilómetros cuadrados. Durante el proceso de selección, es importante comprender la forma y profundidad del plutón, el entorno geológico circundante, la ubicación y dirección de las principales discontinuidades, las características de la roca de cobertura y la integridad de la roca. Dado que la selección de sitios es un estudio regional que involucra un área grande, se deben utilizar métodos geofísicos de censo rápido, especialmente métodos geofísicos aéreos. Los estudios magnéticos aéreos se han utilizado para determinar los límites de los cuerpos rocosos plutónicos y las interfaces entre rocas y estructuras en macizos rocosos. Las mediciones de espectroscopía de energía gamma aérea, que generalmente se llevan a cabo simultáneamente con los estudios aeromagnéticos, también se pueden utilizar para demarcar los límites del granito. El contenido de uranio de los cuerpos de granito puede ser de hasta 8×10-6, mientras que la roca circundante suele ser inferior a 2×10-6. Se utilizan métodos electromagnéticos aéreos para mapear la proyección cercana a la superficie de la zona de fractura y las características de la sobrecarga. La zona de la fisura en el área del lago se puede delimitar utilizando un equipo de sonar a bordo de un barco. La integridad de las rocas se puede evaluar midiendo la resistividad general de la roca, utilizando métodos como la magnetotelúrica (MT), la magnetotelúrica de audiofrecuencia (AMT), los métodos electromagnéticos transitorios (TEM) y los métodos de resistividad de CC.
Se han utilizado métodos de gravedad terrestre para determinar la forma y profundidad de cuerpos rocosos plutónicos y su entorno geológico. La Figura 9.15 muestra un perfil de gravedad de 39 km de largo a través del lecho de roca en dirección norte-sur. La figura incluye curvas de gravedad medidas y modelo, así como perfiles interpretados basados en unidades de roca locales comunes. La baja gravedad de 100 g.u relacionada con el batolito de roca es muy obvia, y la alta gravedad local superpuesta a la baja gravedad probablemente se debe a inclusiones de alta densidad.
B. Evaluación del sitio
La evaluación del sitio es una investigación más detallada en un área más pequeña y seleccionada. El área de cada área puede ser de hasta 100 km2. delinear las principales zonas de fractura, determinar su geometría, realizar mapeos litológicos y comprender las características del recubrimiento.
Utilice el método de reflexión sísmica de alta resolución para comprender las condiciones profundas de la zona de la fisura y descubrir la zona de la fisura profundamente enterrada. Puede detectar objetivos con una anchura superior a 1/8 de la longitud de onda principal de las ondas sísmicas. Por ejemplo, en granito con una velocidad de onda P de aproximadamente 5500 m/s, si se utiliza una frecuencia de funcionamiento de aproximadamente 150 Hz, una zona de fisura de 5 m de ancho. puede ser detectado. Sin embargo, el requisito de detectar reflectores dentro de los 1000 m de la superficie significa que las reflexiones útiles están contenidas dentro de los primeros segundos del registro sísmico. Sin embargo, para la compensación comúnmente utilizada en los terremotos de alta resolución, las ondas de terreno también llegan durante este período de tiempo. Para reducir la influencia de las ondas de movimiento del suelo, es necesario utilizar filtrado de frecuencia, filtrado f-k, reducir la cantidad de explosivos para retener los componentes de alta frecuencia de la señal y seleccionar una distancia de detector adecuada para minimizar la onda de movimiento del suelo. cuando se superpone.
Se han propuesto tres formas de estimar la permeabilidad hidráulica de las fracturas utilizando métodos geofísicos: una es utilizar la conductividad del espacio de la fractura; la otra es utilizar la pérdida de energía de las ondas acústicas en la fractura; El tercero es utilizar ondas sísmicas como respuesta del pozo a la compresión de la fractura durante el paso.
El papel de los métodos cromatográficos es mayor en los lugares que se van a excavar, porque el número de perforaciones en dichos lugares debe mantenerse al mínimo para evitar la formación de nuevos canales de agua subterránea en la masa rocosa.
C. Trabajos de sondeo durante la etapa de excavación
Una vez iniciada la excavación de la cueva de almacenamiento de residuos nucleares, es necesario comprender las condiciones hidrogeológicas y geomecánicas del macizo rocoso alrededor de la cueva. . Dado que los objetivos de esta fase de investigación son reducidos, se utilizan métodos geofísicos de alta resolución y, por tanto, de alta frecuencia. Se han utilizado con eficacia métodos de radiación por radar, ultrasonidos y acústica.
Figura 9.15 Un perfil de gravedad norte-sur y un modelo de gravedad bidimensional a través de la base de roca (norte a la derecha)
Usando ondas ultrasónicas, el espesor de la zona de daño de la excavación puede ser determinado. La medición de la radiación acústica se puede utilizar para monitorear la seguridad de la excavación, y los cambios en los parámetros de radiación acústica se pueden usar para predecir posibles explosiones de rocas y determinar su ubicación. Además, se utilizaron mediciones de radiación acústica para seguir el progreso de la inyección en la zona de fractura. Se colocaron acelerómetros en una serie de pozos cerca de la zona de fractura. La intensidad de la radiación acústica registrada durante el proceso de inyección se relacionó con el progreso de la inyección. lechada.
En resumen, en la selección e investigación de sitios de eliminación de desechos nucleares en áreas de rocas cristalinas plutónicas, los métodos geofísicos no sólo pueden lograr de manera rápida y económica una comprensión integral de las estructuras geológicas de grandes áreas, sino también conducir evaluación detallada y estudio de los sitios candidatos. La Tabla 9.5 resume el trabajo geofísico en cada etapa. Sin embargo, en todas las etapas del trabajo, además de los métodos geofísicos, se deben aplicar de manera integral otros métodos, especialmente los de hidrogeología, geoquímica, geología y mecánica de rocas. Debido a la ambigüedad en la interpretación de los métodos geofísicos, también debe verificarse mediante perforación.
Tabla 9.5 Trabajos geofísicos en el tratamiento geológico de residuos nucleares en zonas de rocas cristalinas plutónicas