Water density impact on water flow and mass transport in rock fractures

Tid: Fr 2020-01-31 kl 14.00

Plats: K1, Teknikringen 56, Stockholm (English)

Respondent: Helen Winberg-Wang , Kemisk apparatteknik, Nuclear Waste Engineering

Opponent: Docent Andrew Frampton, Stockholm Universitet

Handledare: Longcheng Liu, Kemisk apparatteknik; Ivars Neretnieks,

Abstract

Ett sätt att ta hand om använt kärnbränsle är att placera det i ett geologiskt slutförvar. I Sverige planeras ett tre-barriärsförvar. Konceptet baseras på att kapsla in det förbrukade bränslet i koppar kapslar som sedan placeras 500 m ner i berggrunden och omslutas av bentonitlera. Som en del av säkerhetsanalysen, används Q-ekvivalent modellen f ̈or att kvantifiera det möjliga utsläppet av radioaktivt material. Modellen beskriver också med vilken hastighet korrosivaämnen som färdas med det långsamma vattnet i sprickorna kan nå kapslarna, vilket kan påverka dess livslängd. 

Målet med denna avhandling var ursprungligen att utveckla en experimentell uppställning for att visualisera och validera Q-ekvivalent modellen. Det  övergripande temat har varit att studera effekten av små densitetsskillnader som kanske förbises i experimenten. 

I de initiala diffusion och flödesexperiementen med tillhörande beräkningar och simuleringar, framkom det att enkla Q-ekvivalent modellen kan beskriva och kvantifiera masstransport i både parallella och sprickor med oregelbunden apertur. Dock, är det endast om densitetsskillnaden mellan det sipprande vattnet och porvattnet i bentonitleran är försumbar. Det visade sig att i experiment, med färgämnen för att visualisera flödes- och diffusionsfördelningar, kan minimala densitetskillnader påverka flödesfördelningen avsevärt. Densitetsskillnaderna berodde antingen på grund av koncentrations gradienter eller ljusabsorption. Q-ekvivalent modellen utökades för att ta hänsyn till densitetsdrivet flöde. Betydelsen av densitetsdrivet flöde orsakat av koncentrationsskillnader för slutförvar av radioaktivt avfall utvärderades. Det fanns att koncentrationsgradienter kan inducera snabba vertikala upp- och nergående flöden. Detta kan öka den totala masstransporten av radioaktivt material upp till biosfären eller föra det neråt till större djup. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-264940