[發(fā)明專利]一種基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監(jiān)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110710114.5
• 申請(qǐng)日: 2021-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN113359200B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟成;李宇杰;孫勇;徐吉釗;余旭;叢鈺洲;鄭仰峰;唐偉;朱薪宇;王宇;黃婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/32
• 分類號(hào): G01V3/32;G01V3/38
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發(fā)明公開了一種基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監(jiān)測系統(tǒng)及方法，適用于核廢料掩埋場使用。其包括核磁共振測量系統(tǒng)，井下控制中心與地面綜合管控中心。在地面綜合管控中心遠(yuǎn)程操控核磁共振測量系統(tǒng)，對(duì)核廢料掩埋場不同位置處的水分布情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過井下控制中心匯總所測數(shù)據(jù)，再通過光纖傳輸至地面綜合管控中心，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，根據(jù)結(jié)果判斷是否有水侵入，并對(duì)異常情況做出預(yù)警，制定應(yīng)對(duì)措施，保護(hù)核廢料掩埋場的持久性安全。該監(jiān)測系統(tǒng)具有簡單、方便和智能的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種核廢料掩埋場水體監(jiān)測系統(tǒng)及方法，尤其適用于核廢料掩埋場使用的一種基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著各國核能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了大量具有高放射性的核廢料，核廢料的安全處置受到了社會(huì)極大的關(guān)注。目前被各國所廣泛接受的處置方式是把裝有高放廢物的金屬罐埋在足夠深的地下（500~1000m）巖層中，金屬罐外用緩沖材料包裹、回填并夯實(shí)。通過建造一個(gè)天然屏障和工程屏障相互補(bǔ)充的多重屏障體系，使高放廢物對(duì)人類和環(huán)境的有害影響低于規(guī)定的限值。

膨潤土由于具有較高的膨脹性、較低的滲透性以及優(yōu)良的核素吸附等性能，常被用來作為核廢料罐和周圍巖體之間的人工隔離屏障。當(dāng)核廢料處置庫投入運(yùn)營后，一方面處置庫內(nèi)核廢料衰變放熱會(huì)導(dǎo)致處置庫周圍的緩沖/回填材料溫度升高，發(fā)生膨脹，另一方面在圍巖高壓力水頭的作用下周圍巖石內(nèi)的水會(huì)向膨潤土內(nèi)滲透，使得膨潤土飽和度持續(xù)上升，引起膨潤土微觀結(jié)構(gòu)及滲透性的明顯改變，從而影響膨潤土的密封性以及阻滯核素遷移的能力。因此，為了確保隔離屏障的長期安全性，有必要通過一些技術(shù)手段掌握膨潤土是否被水突破，并在水突破屏障前啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，保護(hù)核廢料掩埋場的持久性安全。

核磁共振是一種能直接測量地層物性和流體特征的方法，通過測試和計(jì)算能得到地層中的可動(dòng)流體、束縛流體含量、巖體孔隙度、滲透率等關(guān)鍵流體參數(shù)信息，其最大的優(yōu)點(diǎn)是只測量地層中的流體信息，且其信號(hào)不受巖石骨架的影響。因此，核磁共振技術(shù)可用于對(duì)核廢料掩埋場的水體監(jiān)測。然而，現(xiàn)有的核磁共振測井儀器尺寸與重量較大，技術(shù)門檻很高，價(jià)格昂貴，且探水過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無法滿足大規(guī)模連續(xù)探測的要求。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于提供一種基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監(jiān)測系統(tǒng)及方法，通過在膨潤土中實(shí)施鉆孔并布置微型核磁共振傳感器探頭，實(shí)時(shí)監(jiān)測核廢料掩埋場不同位置處的水分布情況，判斷保護(hù)層膨潤土是否被水突破，以便在水突破屏障前啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，保護(hù)核廢料掩埋場的持久性安全。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：它包括設(shè)置在核廢料掩埋場內(nèi)用以檢測區(qū)域水泄露的核磁共振測量系統(tǒng)，設(shè)置在遠(yuǎn)離核廢料掩埋場的地下巷道中的井下控制中心，以及地面綜合管控中心，其中核磁共振測量系統(tǒng)通過井下控制中心將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至地面綜合管控中心；地面綜合管控中心、井下控制中心以及核磁共振測量系統(tǒng)之間通過光纖相互連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信；

其中核磁共振測量系統(tǒng)包括多個(gè)微型核磁共振傳感器探頭、探頭控制線和探頭控制器，其中微型核磁共振傳感器探頭布置在裝有核廢料的核廢料罐周圍的鉆孔中，微型核磁共振傳感器探頭通過探頭控制線與設(shè)置在地下巷道中的探頭控制器連接，探頭控制器通過控制探頭控制線的伸出長度控制核磁共振傳感器在鉆孔內(nèi)的上下移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)不同深度的信號(hào)測試并記錄測試深度。

所述微型核磁共振傳感器探頭包括射頻系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)、功放系統(tǒng)；其中射頻系統(tǒng)用于向周圍發(fā)出射頻脈沖，信號(hào)接收系統(tǒng)用于接收外接反饋的核磁共振信號(hào)，功放系統(tǒng)用于將接受到的核磁共振信號(hào)放大后輸出。

所述探頭控制器包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和提升系統(tǒng)；其中提升系統(tǒng)包括電動(dòng)絞盤和設(shè)置在電動(dòng)絞盤并與型核磁共振傳感器探頭連接的探頭控制線。

所述微型核磁共振傳感器探頭為柱狀結(jié)構(gòu)，直徑40~50mm，總長度100~150mm；微型核磁共振傳感器探頭的外殼由能耐200℃高溫的高強(qiáng)度無磁鋼制成。