[發明專利]一種用于獲取核素遷移參數的電遷移裝置及方法

有效

• 申請號: 202011430579.7
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112730569B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 方升;劉龍成;李曉東;孟碩;周舵;龍浩騎;鮮亮
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N27/28
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發明屬于環境與巖土工程技術領域，具體涉及一種用于獲取核素遷移參數的電遷移裝置及方法。電遷移裝置包括設有工作電極(3)的陰極電解液槽(9)，設有對電極(4)的陽極電解液槽(10)，設有工作反饋電極(6)的源項槽(7)，設有參比電極(5)的接收槽(8)；源項槽(7)和接收槽(8)通過設置樣品的第一樣品夾持室(12)連通；陰極電解液槽(9)和源項槽(7)通過設置樣品的第二樣品夾持室(14)連通，陽極電解液槽(10)和接收槽(8)通過設置樣品的第三樣品夾持室(15)連通；工作電極(3)、對電極(4)、參比電極(5)和工作反饋電極(6)與電化學工作站(1)連接。本發明能夠更好的揭示離子在電場作用下的遷移。

技術領域

本發明屬于環境與巖土工程技術領域，具體涉及一種用于獲取核素遷移參數的電遷移裝置及方法。

背景技術

隨著我國核軍工生產、核電及放射性同位素應用等涉核行業的快速發展，大量的放射性廢物隨即產生。對這些放射性廢物最終安全處置，是確保我國國民和環境安全、核工業可持續發展的必然要求。

目前，包括美國、瑞典、芬蘭、中國在內的多個國家普遍接受深地質處置是處理高放廢物最現實可行、安全的方法。它是以核素的包容、阻滯為核心內容，以多重屏障(由工程屏障(廢物固化體、包裝材料以及緩沖回填材料)與天然屏障(處置庫天然地質體)組成)為主要手段，以萬年以上公眾健康和環境保護為安全目標的系統工程。為處置庫場址的選擇、設計、建造及安全性平價提供科學依據，需要研究放射性核素在屏障材料及天然巖體中的吸附和擴散行為，獲取其相應的遷移參數。

用于處置庫中的屏障材料和天然巖體具有滲透性低等特點，常規方法(如靜態背向背擴散法、動態擴散池法)存在測量時間長、效率低、可能需要破壞樣品等缺點，為了有效改進以上常規方法存在的缺點，急需開發快速、有效的方法用于獲取核素遷移數據，電遷移方法可以加速這一過程。專利CN109813635A公開了基于電場貫穿擴散法測定核素在巖土介質中擴散系數的裝置；專利CN109813634A公開了用于獲取核素遷移參數的改進電遷移實驗，增設鹽橋結構和蠕動泵輸運改進了樣品所處的液態環境的穩定性，保證了溶液pH的穩定性。然而對于樣品兩端電壓的穩定性和樣品在實驗過程中的電流變化沒有考慮。電壓作為核素遷移的重要推動力，其長期穩定對于實驗過程至關重要，電流能夠反映樣品中離子運動和分布情況，能夠深入了解示蹤劑離子在電場下的傳輸功能。

發明內容

為有效解決電遷移裝置中，樣品兩端電壓不穩定和不能觀測電流變化的不足，本發明的目的是提供一種耦合電化學工作站和電遷移技術的裝置和用于加速獲取核素遷移數據的方法。其基本原理是核素在恒定電壓(電化學工作站保證)的驅動力下，會發生定向移動，其遷移速率比傳統使用水壓方式速度要快很多，對接收槽進行取樣分析病繪制核素穿透曲線，可以獲取核素在樣品中的擴散系數。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案是一種用于獲取核素遷移參數的電遷移裝置，其中，包括設有工作電極的陰極電解液槽，設有對電極的陽極電解液槽，設有工作反饋電極的源項槽，設有參比電極的接收槽；所述源項槽和所述接收槽通過用于設置樣品的第一樣品夾持室連通；所述陰極電解液槽和所述源項槽通過用于設置樣品的第二樣品夾持室連通，所述陽極電解液槽和所述接收槽通過用于設置樣品的第三樣品夾持室連通；所述工作電極、所述對電極、所述參比電極和所述工作反饋電極與電化學工作站連接。

進一步，

還包括盛放緩沖溶液的緩沖溶液槽；

所述緩沖溶液槽通過第一管路和第二管路與所述陰極電解液槽連通，所述第二管路設有第一蠕動泵，所述緩沖溶液在所述第一蠕動泵的作用下沿所述第二管路由所述緩沖溶液槽流入所述陰極電解液槽，并沿所述第一管路返回所述緩沖溶液槽；

所述緩沖溶液槽通過第三管路和第四管路與所述陽極電解液槽連通，所述第四管路設有第二蠕動泵，所述緩沖溶液在所述第二蠕動泵的作用下沿所述第四管路由所述緩沖溶液槽流入所述陽極電解液槽，并沿所述第三管路返回所述緩沖溶液槽。