(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210457355.8 (22)申请日 2022.04.28 (71)申请人 中国原子能科 学研究院 地址 102413 北京市房山区新 镇三强路1号 院 (72)发明人 周舵　龙浩骑　姜涛　陈曦　王波　 方升　 (74)专利代理 机构 北京天悦专利代理事务所 (普通合伙) 11311 专利代理师 田明　任晓航 (51)Int.Cl. G01N 13/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种地下实验室核素迁移试验现场监测设 备及方法 (57)摘要 本发明属于地下实验室核素迁移试验技术 领域， 具体涉及一种地下实验室核素迁移试验现 场监测设备及方法， 用于地下实验室核素迁移试 验， 其中的设备设置在高放射性废物深地质安全 处置的地下实验室所在位置的钻孔上， 包括高压 封堵系统(1)和地下扩散装置(2)， 高压封堵系统 (1)用于封堵钻孔， 保证钻孔内的地下水的低氧 还原状态； 地下扩散装置(2)用于地下水中的核 素在介质中的扩散实验。 本发明所提供的设备及 方法能够用于长期监测真实地质环境中低氧地 下水的pH、 Eh、 电导率、 温度、 压力， 并开展真实地 下环境中核素在低氧地下水中的溶解度测定和 核素长期 扩散试验， 在低氧条件自动收集试验样 品。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 114942203 A 2022.08.26 CN 114942203 A 1.一种地下实验室核素迁移试验现场监测设备， 用于地下实验室核素迁移试验， 设置 在高放射性废物深地质安全处置的地下实验室所在位置的钻孔上， 其特征是： 包括高压封 堵系统(1)和地下扩散装置(2)， 所述高压封堵系统(1)用于封堵所述钻孔， 保证所述钻孔内 的地下水 的低氧还原状态； 所述地下扩散装置(2)用于所述地下水中的核素在介质中的扩 散实验。 2.如权利要求1所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备， 其特征是： 所述高 压封堵系统(1)通过第一管线(8)与所述地下扩散装置(2)相连， 所述高压封堵系统(1)和所 述地下扩散装置(2)均设置在实验管仓内， 所述实验管仓设置在所述钻孔内部且所述高压 封堵系统(1)和所述地下扩散装置(2)不能够更换， 构成钻孔内部分； 所述高压封堵系统(1) 上设有一对栓塞， 还包括第九管线(16)， 所述第九管线(16)的一端连接所述栓塞， 所述第九 管线(16)的另一端连在高压水泵上， 所述第九管线(16)用于向所述栓塞内通入高压循环 水， 通过所述高压循环水使得所述栓塞封堵所述钻孔， 所述栓塞内的所述高压循环水维持 40MPa的水压 。 3.如权利要求2所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备， 其特征是： 还包括 地下溶解装置(4)， 所述高压封堵系统(1)通过第二管线(9)与所述地下溶解装置(4)相连， 所述地下扩散装置(2)通过第八管线(15)与所述地下溶解装置(4)相连； 所述地下溶解装置 (4)用于开展所述 地下水中的核素 溶解实验。 4.如权利要求3所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备， 其特征是： 还包括 收集系统(5)， 所述收集系统(5)通过第四管线(11)与所述高压封堵系统(1)相连， 所述收集 系统(5)通过第七管线(14)与所述地下溶解装置(4)相连， 所述收集系统(5)用于所述地下 水的水样的收集。 5.如权利要求4所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备， 其特征是： 还包括 示踪剂注入装置(3)， 所述示踪剂注入装置(3)通过第五管线(12)与所述收集系统(5)相连， 所述示踪剂注入装置(3)通过第六管线(13)与所述地下扩散装置(2)相连， 所述示踪剂注入 装置(3)用于向所述 地下扩散装置(2)和所述 地下溶解装置(4)中注入核素。 6.如权利要求5所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备， 其特征是： 还包括 地下水采集监测系统(6)， 所述地下水采集监测系统(6)通过第三管线(10)与所述高压封堵 系统(1)相连， 所述 地下水采集监测系统(6)用于所述 地下水的监测 和采集。 7.如权利要求6所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备， 其特征是： 还包括 控制系统(7)， 用于控制所述高压封堵系统(1)、 所述地下扩散装置(2)、 所述示踪剂注入装 置(3)、 所述地下溶解装置(4)、 所述收集系统(5)和所述地下水采集监测系统(6)； 在各条管 线上设有泵和阀门， 所述控制系统(7)还用于远程控制所述泵和所述阀门的开关以及所述 地下水和高纯氮气在所述管线中的压力和流量； 所述高纯氮气用于驱赶所述管线中和设置 在所述管线上 的容器中的氧气， 还用于取样后吹干所述管线中残存的液体； 所述高纯氮气 是指纯度为99.99％的氮气； 所述管线包括所述第一管线(8)、 所述第二管线(9)、 所述第三 管线(10)、 所述第四管线(11)、 所述第五管线(12)、 所述第六管线(13)、 所述第七管线(14)、 所述第八管线(15)和所述第九管线(16)。 8.如权利要求7所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备， 其特征是： 所述示 踪剂注入装置(3)、 所述地下溶解装置(4)、 所述收集系统(5)、 所述地下水采集监测系统(6)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114942203 A 2和所述控制系统(7)均设置在所述钻孔外 部且能够更 换， 构成钻孔外 部分。 9.用于如权利要求8所述的一种地下实验室核素迁移试验现场 监测设备的一种地下实 验室核素迁移试验现场监测方法， 包括如下步骤： 步骤S1， 排除氧气： 将安装好的地下实验室核素迁移试验现场监测设备的所述钻孔内 部分插入含有所述地下水的所述钻孔中， 利用所述控制系统(7)将高纯氮气引入所述钻孔 内部分， 排除所述钻孔内部分内部的空气； 步骤S2， 高压封堵密封以及引出并监测所述地下水： 利用设有所述栓塞的所述高压封 堵系统(1)将所述地下水封堵于所述 实验管仓内， 利用所述控制系统(7)使 所述实验管仓内 的所述地下水直接进入所述 地下水采集监测系统(6)中进行监测 和采集； 步骤S3， 地下水渗透： 利用所述控制系 统(7)调节所述 阀门和所述泵， 使所述地下水渗 透穿过所述地下扩散装置(2)， 进入所述收集系统(5)； 步骤S4， 氚水注入及取样： 所述地下水穿透所述地下扩散装置(2)到达所述收集系统 (5)后， 利用所述控制系统(7)控制所述示踪剂注入装置(3)将氚水注入地下所述地下扩散 装置(2)中， 通过所述收集系统(5)对 所述地下扩散装置(2)中的所述地下水进行取样， 测定 所述地下水中的氚的活度； 步骤S5， 氚水扩散及取样： 利用所述控制系 统(7)关闭相应的阀， 使所述氚水在所述地 下扩散装置(2)中静态扩散， 利用所述控制系统(7)和所述收集系统(5)， 对 所述地下扩散装 置(2)中的所述地下水进 行定期取样， 测量所述地下水中的氚的活度， 计算所述氚水的扩散 系数； 步骤S6， 溶解平衡及取样： 在所述地下溶解装置(4)中加入核素固相， 利用所述控制系 统(7)驱动所述地下水进入所述地下溶解装置(4)中， 采用过饱和法进行溶解实验， 通过所 述收集系统(5)对 所述地下溶解装置(4)中的所述地下水进 行定期取样， 测量所述地下水中 的核素活度， 计算核素 溶解度； 步骤S7， 核素注入及取样： 在所述步骤S5中的氚水扩散实验完成后并且在所述步骤S6 中的核素溶解平衡后， 利用所述控制系统(7)使所述地下溶解装置(4)中的核 素溶液注入地 下所述地下扩散装置(2)中， 通过所述 收集系统(5)对所述地下扩散装置(2)中的所述地下 水进行定期取样， 测量所述 地下扩散装置(2)中的所述 地下水中的核素的活度； 步骤S8， 核素扩散及取样： 利用所述控制系 统(7)关闭相应的阀， 使所述核素溶液在所 述地下扩散装置(2)中静态扩散， 所述控制系统(7)和所述收集系统(5)， 对 所述地下扩散装 置(2)中的所述地下水进 行定期取样， 测量所述地下扩散装置(2)中的所述地下水中的核 素 的活度， 计算核素的扩散系数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114942203 A 3