Tietopankki

Työraportti 2017-24

Takaisin

Nimi:

The Second Matrix Diffusion Experiment in the Water Phase of the Repro Project: WPDE 2

Raportin kirjoittaja:

Poteri, A., Andersson, P., Nilsson, K., Byegård, J., Skålberg, M., Siitari-Kauppi, M., Helariutta, K., Voutilainen, M., Kekäläinen, P.

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

144

Tiivistelmä:

REPRO-PROJEKTIN TOINEN MATRIISIDIFFUUSIOKOE VESIFAASISSA: WPDE 2

REPRO-kokeissa (Retention properties of rock matrix) on tutkittu merkkiaineiden avulla veteen liuenneiden aineiden kulkeutumista syvällä kallioperässä. Kokeita on suoritettu Posivan Olkiluodossa sijaitsevassa ONKALO-nimisessä maanalaisessa kallion karakterisointitilassa. Päämääränä on tutkia veteen liuenneiden aineiden pidättymistä kallioperässä oloissa, jotka vastaavat loppusijoitustilan lähialueen ominaisuuksia. Lisäksi tavoitteena on osoittaa, että loppusijoitusjärjestelmän turvallisuusselvityksissä tehdyt olettamukset radionuklidien pidättymisprosesseista vastaavat Olkiluodon paikkakohtaisia ominaisuuksia.

REPRO koostuu joukosta useita erilaisia laboratorio ja in-situ -kokeita. Tässä raportissa kuvataan ONKALOssa tehty merkkiainekoe WPDE 2 (Water Phase Diffusion Experiment 2). Koe on suoritettu matriisidiffuusiokokeena yhdessä kairareiässä aikavälillä tammikuu 2013 – toukokuu 2014. Kairareiästä eristettiin koetta varten tulppakalustolla n. 2 m mittainen testiväli. Merkkiaineen kulkeutuminen tapahtui testivälissä kairareiän pintaa pitkin tehdyssä keinotekoisessa raossa. Keinotekoinen rako muodostettiin asettamalla kairareiän sisälle läpimitaltaan n. 2−3 mm kairareiän läpimittaa pienempi sylinterimäinen virtausohjain. Kulkeutumisen aikana merkkiaineiden on ollut mahdollista diffuntoitua kairareikää ympäröivään kallioon ja siten kallion pidättymisominaisuudet vaikuttavat merkkiaineiden kulkeutumiseen testivälin läpi.

Ensimmäinen in-situ merkkiainekoe WPDE 1 (Water Phase Diffusion Experiment 1) toteutettiin vuonna 2012 (Poteri et al. 2017). Ainoat erot WPDE 1 ja WPDE 2 -kokeiden välillä olivat puolitettu virtaama WPDE 2 –kokeessa verrattuna WPDE 1 –kokeeseen sekä osittain muutettu merkkiainekoostumus. WPDE-kokeissa tutkittava pidättymismekanismi, matriisidiffuusio yhdistettynä sorptioon kalliomatriisin huokosiin, on herkkä virtauskanavassa tapahtuville virtaaman muutoksille. Eri virtausnopeuksien aiheuttama muutos pidättymiseen WPDE1 ja WPDE2 kokeiden välillä kertoo kokeessa vaikuttaneeseen pääasialliseen pidättymismekanismiin liittyvästä dynamiikasta. Kahden eri virtaaman käyttö lisää huomattavasti kokeiden tulkinnan luotettavuutta.

WPDE 2 -koe suoritettiin injektoimalla lyhyt pulssi viiden merkkiaineen seosta (HTO, 22Na, 85Sr, 36Cl ja 133Ba) virtaukseen (10 μL/min), joka kulki testivälin läpi. Merkkiainekokeen suoritus tapahtui onnistuneesti ja merkkiaineiden läpitulokäyrät on tulkittu kahdella riippumattomalla mallilla. Läpitulokäyrien pääpulssi noudatti samoja piirteitä kuin WPDE 1 ‑koe siten, että ensimmäinen läpitulo tapahtui virtauskanavan tilavuuden perusteella arvioiden hyvin aikaisin ja pitoisuudet nousivat alussa jyrkästi. WPDE 2 pääpulssi oli kuitenkin leveämpi kuin WPDE 1 pääpulssi ja sisälsi viitteitä kahdesta huipusta, toisin kuin WPDE 1.

Läpitulokäyrien tulkinnan perusteella näyttää selvälle, että merkkiaineiden läpitulokäyrissä havaittu pidättyminen aiheutuu matriisidiffuusiosta kairareikää ympäröivään kallioon ja sorptiosta mineraalien pinnoille kallion huokoistilavuudessa. Molempien tulkintamallien tuottamat arviot kallion pidättymisominaisuuksista ovat yhtäpitävät ottaen huomioon kokeeseen liittyvät epävarmuudet. Sorboitumattoman merkkiaineen (HTO) tapauksessa saadut tulokset ovat myös hyvin sopusoinnussa laboratoriossa saatujen tulosten kanssa. Sorboituvien merkkiaineiden osalta in-situ jakautumiskertoimet näyttäisivät olevan pääosin pienempiä kuin laboratoriossa määritetyt.

WPDE 2 ‑kokeesta arvioidut merkkiaineiden pidättymisominaisuudet seurasivat järjestystä, joka oli odotettavissa niiden sorptio-ominaisuuksien perusteella (22Na<85Sr<133Ba). Olettamalla HTO sorboitumattomaksi ja käyttämällä laboratoriossa määritettyä kallion huokoisuutta ε ~ 0.6 %, arvioitiin eri malleilla HTO:n diffusiviteetiksi D~ (1...2)×10‑11 m2/s, joka on hyvin sopusoinnussa vastaavien laboratoriossa Dp=(1.0 ± 0.3)×10-11 m2/s ja WPDE 1 –kokeessa (D~ 2×10‑11 m2/s) määritettyjen ominaisuuksien kanssa. 36Cl diffuusiohuokoisuudeksi määritettiin ε   0.3 % (WPDE 1 -kokeessa ε   0.2 %). Vastaavasti diffusiviteeksi määritettiin Dp < 8×10-12 m2/s (WPDE 1 ‑kokeessa Dp < 1.2×10‑11 m2/s).

Sorboituville merkkiaineille määritetyt diffusiviteetit olivat 22Na:lle Da ~ (2–3)×10‑13 m2/s (WPDE 1 kokeessa D~ 1.6×10‑13 m2/s) ja 85Sr:lle Da ~ (4–10)×10‑14 m2/s (ei mukana WPDE 1 -kokeessa). Nämä ovat noin tekijällä 2–5 suurempia kuin laboratoriotulokset. Jakautumiskertoimien osalta määritetyt tulokset olivat 22Na:lle Kd  ~ 1×10-4 m3/kg  ja 85Sr:lle Kd  ~ 3–4×10-4 m3/kg. Vastaavat laboratoriossa määritetyt jakaumiskertoimet ovat noin kertaluokkaa suurempi 22Na:lle ja noin tekijällä kolme suurempi 85Sr:lle. 133Ba:n osalta tulokset ovat hyvin epävarmoja, koska läpitulokäyrä sisälsi vain noin 30 % injektoidusta aktiivisuudesta. Näiden tulosten perusteella jakaantumiskerroin kalliossa olisi noin kertaluokkaa suurempi kuin laboratoriossa määritetty ja diffusiviteetti (Da) vastaavasti pienempi kuin laboratoriossa määritetty.  Näihin arvioihin liittyy kuitenkin hyvin suuri epävarmuus. Pienen läpi tulleen merkkiainemäärän lisäksi esimerkiksi mahdollisella sorptiolla kairareiän pinnalle voi olla merkittävä vaikutus tämän merkkiaineen tuloksiin.

Avainsanat:

REPRO-koe, kalliomatriisi, diffuusio, pidättymisominaisuudet, merkkiainekoe

Tiedosto(t):

WR 2017-24_web (pdf) (22.2 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli:
Tämä sivusto käyttää evästeitä sivuston käyttöä koskevien tietojen keräämiseksi. Kun käytät tätä sivustoa, hyväksyt evästeiden käytön.
Sulje

Evästekäytännöt

Tätä sivustoa käyttämällä hyväksyt, että voimme asettaa evästeitä tietokoneellesi tai mobiililaitteeseesi.

1. Mitä evästeet ovat?

Evästeet ovat pieniä datatiedostoja, jotka siirtyvät tietokoneellesi, kun otat yhteyden johonkin verkkosivustoon. Evästeet tallentuvat selaimen käyttämien tiedostojen yhteyteen.

Lisätietoa evästeistä saat sivulta www.aboutcookies.org.

2. Miksi evästeitä käytetään?

Evästeet tunnistavat tietokoneesi, kun tulet sivustolle uudelleen. Ne muistavat myös sivustolla aikaisemmin tekemäsi valinnat ja parantavat siten sivuston käyttökokemusta. Evästeiden avulla pystyy esimerkiksi tunnistamaan käyttäjän laitteet sekä mukauttamaan mahdollisia mainoksia sivuilla sekä mahdollisissa muissa palveluissa.

3. Mitä evästeitä käytetään?

Jotkin evästeet ovat sivustomme teknisen toiminnan ja käytön vuoksi välttämättömiä. Nämä evästeet eivät kerää käyttäjästä tietoa, jota voitaisiin hyödyntää markkinoinnissa tai muistamaan käyttäjän valitsemia sivustoja.

Suorituskykyä mittaavat evästeemme keräävät tietoa siitä, miten käyttäjät käyttävät verkkosivujamme (esim. eniten käytetyt sivut, mahdolliset virheviestit). Nämä evästeet eivät kerää käyttäjistä tunnistettavia tietoja, vaan ne ovat anonyymejä ja niitä käytetään ainoastaan parantamaan nettisivujen toimivuutta.

Sivuilla olevat kolmansien osapuolten liitännäispalvelut (esim. mainokset, YouTube-videot, Google-tilastointi tai Facebook-liitännäiset) saattavat tallentaa käyttäjän tunnistamiseen käytettävää tietoa, mihin emme valitettavasti voi vaikuttaa. Jos haluat estää niitä seuraamasta liikkumistasi verkossa, voit kytkeä ns. kolmannen osapuolen evästeet pois käytöstä selaimesi asetuksista. Ohjeet löydät selaimesi ohjesivuilta.

Sivuillamme saattaa olla myös painikkeita, jotka helpottavat sisällön jakamista eri verkkoviestintäympäristöihin ja sosiaaliseen mediaan. Jos käytät näitä painikkeita, valitsemaltasi palvelulta voidaan asettaa eväste päätelaitteellesi. Nämä evästeet eivät ole hallinnassamme. Lisätietoja kolmannen osapuolen evästeiden käytöstä saat kyseisen osapuolen verkkosivulta.

4. Evästeiden hallinta ja estäminen

Jos et halua vastaanottaa evästeitä, voit muuttaa Internet-selaimesi asetuksia niin, että saat ilmoituksen aina kun evästeitä ollaan lähettämässä tietokoneellesi. Vaihtoehtoisesti voit estää evästeiden käytön kokonaan. Evästeiden käyttöä voi rajoittaa tai sen voi estää Internet-selaimen kautta (katso tarkemmat tiedot selaimen ohjeista).

Jos estät evästeiden tallennuksen tai poistat ne käytöstä, jotkin verkkosivujemme toiminnoista eivät välttämättä toimi oikein.

Sulje