Solute transport in fractured rocks

Analysis of analytical solutions and determination of transport parameters

Tid: To 2020-02-27 kl 10.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemiteknik

Respondent: Shuo Meng , Kemiteknik, Division of Nuclear Waste Engineering

Opponent: Dr. Klaus-Peter Kröhn, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH

Handledare: Associate Professor Longcheng Liu, Kemiteknik; Professor Emeritus Ivars Neretnieks, Kemiteknik; Associate Professor Lanru Jing, Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik

Abstract

För att underlätta bedömning av säkerhet och funktion hos djupa geologiska förvar för radioaktivt avfall har flera modeller utvecklats för att beskriva vattenflöde och transport av lösta ämnen i kristallint berg med sprickor. Berget kring förvaret beskrivs och modelleras som ett nätverk av vattenförande sprickor.

Den fösta delen av arbetet handlar om analytiska lösningar av de matematiska modellerna, utvecklades på 1980-talet för att beskriva nuklidtransport med sipprande vatten i sprickorna där nukliderna även kan diffundera in och ut ur porerna in bergmatrisen. En ny enkel analytisk lösning beskrivs i vilken samverkan mellan hydrodynamisk dispersion och matrisdiffusion kunnat frikopplas, vilket gör att samverkan mellan processerna synliggörs samtidigt som lösningen är mer hanterbar. Dessutom kan en annan dispersionsmekanism orsakad av närvaron av oberoende transportvägar med lätthet hanteras med den nya modellen. Detta gör det möjligt att behandla både dispersionsmekanismer med samma formalism. Detta gör den nya lösningen mer användbar vid tolkningen av fältförsök med spårämnen liksom för långsiktig simulering av nuklidspridning i berg.

Den andra delen av arbetet handlar om molekylär diffusion i bergmatrisen vilket är en central mekanism i modellen ovan. Ett sätt att mäta diffusion och sorption i bergstycken bygger på att driva in joner i bergets porer av med hjälp elektromigration. Den tidigare använda metoden har förbättrats genom att lägga till en potentiostat och pH-buffert. De experimentella resultaten blir därvid mer stabila.

För att bättre tolka resultaten utvecklades en generell modell för transport i bergmatrisen. Modellen inbegriper elektromigration, elektroosmos och dispersion i porsystemet. Den effektiva por-diffusiviteten och matrisens formationsfaktor kan bestämmas ur experimenten. Resultaten visar att den utvecklade elektromigreringsmetoden kan användas för att ge experimentella data av hög kvalitet.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-265611