[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

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• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113359200B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設計）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（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: G01V3/32
• 分類號: G01V3/32;G01V3/38
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(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程操控核磁共振測量系統(tǒng)，對核廢料掩埋場不同位置處的水分布情況進行實時監(jiān)測，通過井下控制中心匯總所測數據，再通過光纖傳輸至地面綜合管控中心，對數據進行分析與處理，根據結果判斷是否有水侵入，并對異常情況做出預警，制定應對措施，保護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。

技術領域

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

隨著各國核能發(fā)電產業(yè)的快速發(fā)展，產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極大的關注。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。通過建造一個天然屏障和工程屏障相互補充的多重屏障體系，使高放廢物對人類和環(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。當核廢料處置庫投入運營后，一方面處置庫內核廢料衰變放熱會導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的水會向膨潤土內滲透，使得膨潤土飽和度持續(xù)上升，引起膨潤土微觀結構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手段掌握膨潤土是否被水突破，并在水突破屏障前啟動應急預案，保護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，通過測試和計算能得到地層中的可動流體、束縛流體含量、巖體孔隙度、滲透率等關鍵流體參數信息，其最大的優(yōu)點是只測量地層中的流體信息，且其信號不受巖石骨架的影響。因此，核磁共振技術可用于對核廢料掩埋場的水體監(jiān)測。然而，現有的核磁共振測井儀器尺寸與重量較大，技術門檻很高，價格昂貴，且探水過程費時費力，無法滿足大規(guī)模連續(xù)探測的要求。

發(fā)明內容

技術問題：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，通過在膨潤土中實施鉆孔并布置微型核磁共振傳感器探頭，實時監(jiān)測核廢料掩埋場不同位置處的水分布情況，判斷保護層膨潤土是否被水突破，以便在水突破屏障前啟動應急預案，保護核廢料掩埋場的持久性安全。

技術方案：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：它包括設置在核廢料掩埋場內用以檢測區(qū)域水泄露的核磁共振測量系統(tǒng)，設置在遠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)測數據實時發(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行數據傳輸與通信；

其中核磁共振測量系統(tǒng)包括多個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的上下移動，以實現不同深度的信號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，信號接收系統(tǒng)用于接收外接反饋的核磁共振信號，功放系統(tǒng)用于將接受到的核磁共振信號放大后輸出。

所述探頭控制器包括數據存儲系統(tǒng)和提升系統(tǒng)；其中提升系統(tǒng)包括電動絞盤和設置在電動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構，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℃高溫的高強度無磁鋼制成。