Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla

Vesa Tukiainen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Diplomityössä selvitettiin VTT:llä aiemmin käyttöönotetun virtaus- ja kulkeutumismallin FTRANS käyttömahdollisuuksia laboratoriomittakaavassa tehtyjen kokeiden mallintamiseen ja tulkintaan. Mallia kehitettiin aiempaa paremmin soveltuvaksi laboratoriossa tehtyjen kokeiden tulkintaan. Suurimpana muutoksena malliin lisättiin ominaisuus, jolla radionuklidien kiinnittyminen kiven mineraalipinnoille eli sorptio voidaan kuvataan kineettisesti. Merkkiainekokeita on tehty Helsingin yliopiston radiokemian laitoksella (HYRL). Koetyyppeinä mallinnettaviksi ajateltiin batch-kokeita ja virtauskolonnikokeita. Batch-kokeissa tutkitaan veteen liuenneiden radionuklidien vuorovaikutusta kivimurskeen tai kiinteiden kivilohkojen kanssa. Virtauskolonnikokeissa taas tutkitaan radionuklidien kulkeutumista virtaavan veden mukana keinotekoisesti valmistetun virtauskolonnin läpi. Virtauskolonneina käytetään joko murskeella täytettyjä putkia tai keinotekoisesti valmistettuja rakoja. Batch-kokeissa vaikuttav ina mekanismeina voidaan FTRANS:ssa ottaa huomioon sorptio murskeen tai kiinteiden lohkojen ulkopinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa. Virtauskolonnikokeiden tulkinnassa voidaan mekanismeina huomioida kulkeutuminen keskimääräisen virtauksen mukana, dispersio, sorptio murskeen ulkopinnoille tai rakojen pinnoille sekä diffuusio ja sorptio kiven sisäisissä huokosissa, mistä käytetään termiä matriisidiffuusio. Sorptio voidaan uudessa osamallissa kuvata aiemmasta poiketen kineettisenä reaktiona. Rakokolonneilla tehtävien kokeiden mallinnukseen kehitettiin menetelmä, jossa matriisidiffuusion vaikutus voidaan teoriassa tunnistaa mitatun läpäisypulssin käyttäytymisestä pulssin maksimia selvästi suuremmilla ajanhetkillä. Tehtyjä kokeita tulkittiin malleilla, joissa käytettiin erilaisia vaikuttavien mekanismien yhdistelmiä. Batch-kokeissa mittauksia parhaiten selittävä malli vaihteli kokeessa käytetystä kivilajista ja murskekoosta riippuen. Virtauskolonnikokeista mal linnettiin ainoastaan raoilla tehtyjä kokeita. Sorboitumattomien merkkiaineiden kokeita ei täysin pysytty selittämään keskimääräisellä virtauksella ja pitkittäisellä dispersiolla. Näillä parametreilla joudutaan käytännössä kuvaamaan raossa esiintyvien virtausvaihteluiden vaikutus kulkeutumiseen, koska todellista virtauskenttää ei tunneta. Sorboituvien aineiden mittauksien mallinnuksen yhteydessä voitiin todeta, että matriisidiffuusion vaikutusten tunnistaminen kehitetyllä menetelmällä vaikuttaa lupaavalta. Koska raon virtausolosuhteiden vaikutusta ei pystytty mallinnuksessa täydellisesti kuvaamaan, ei tämän työn yhteydessä voitu päästä täyteen varmuuteen rakokolonnikokeissa vaikuttavista mekanismeista. Tulevien kokeiden suunnittelua varten esitettiin kaksi koeolosuhteisiin liittyvää parametria joista toinen liittyy virtausolosuhteiden hallitsemiseen sorboitumattomilla merkkiaineilla ja toinen mittausajan hallitsemiseen sorboituvilla merkkiaineilla. Batch-kokeiden kannalta FTRANS tar joaa riittävät mallinnusmahdollisuudet kokeiden tulkintaan. Virtauskolonnikokeiden mallinnukseen FTRANS soveltuu hyvin, mikäli kolonnin todellisen virtauskentän vaikutus pysytään efektiivisesti kuvaamaan keskimääräisellä virtausnopeudella ja pitkittäisellä dispersiokertoimella eli 1-dimensioisella advektio-dispersio yhtälöllä.
Original languageFinnish
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages125
Publication statusPublished - 2000
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesVTT Energian Raportteja
Number17/2000
ISSN1457-3350

Keywords

  • merkkiainekokeet
  • radionuklidit
  • mallinnus

Cite this

Tukiainen, V. (2000). Merkkiainekokeiden tulkinta laskentamallilla. VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Energian Raportteja, No. 17/2000