一种高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置

本技术涉及金属腐蚀行为监测与表征领域，特别是一种高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置。

背景技术：

1、高水平放射性废物(高放废物)主要是指乏燃料后处理产生的高放废液及其固化体。高放废物是一种特殊的废物，对环境具有潜在的巨大威胁。高放废物中含有的放射性核素具有放射性强、毒性大、半衰期长和发热等特点，一旦进入人类生存环境，危害极大，且难以消除。因而，高放废物安全处置已成为影响核能可持续发展、环境保护和子孙后代福祉的重大问题，也是一个科学、技术和工程方面的重大难题。

2、目前，国际公认的安全处置高放废物的方法是深地质处置，即将高放废物埋在距地表深约400～1000m的稳定地质体中，使其与生物圈有效隔离。高放废物处置库采用“多重屏障系统”设计，即把高放废物贮存在处置容器中，外面包裹缓冲材料，最外层为围岩。处置容器一般由金属材料构成，其主要安全功能是包容高放废物，阻止地下水浸入，包容时间不少于1000年。因此，处置容器材料在地质处置库环境中的腐蚀演化行为研究就显得十分必要。

3、为了更好地在实验室内研究模拟地质处置库环境中包装容器材料的腐蚀行为及其演化特征，开发设计能够有效隔离试验体系与周围大气环境的试验装置与方法十分必要。

技术实现思路

1、针对高放废物地质处置工程需求，本实用新型的目的在于提供一种高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，该试验装置结构简单、成本低、设计方式多样，适用于高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验研究。

2、本实用新型的技术方案是：

3、一种高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，包括敞口容器、封严材料、耐温塑料密封罐、缓冲材料、温控部件、包装容器候选材料试验样品、导线和硅橡胶，包装容器候选材料试验样品包括电化学阻抗谱测量用传感器、腐蚀失重样品、腐蚀产物表征用样品，具体结构如下：

4、敞口容器内装有封严材料，封严材料中埋设有耐温塑料密封罐，耐温塑料密封罐内装填有缓冲材料，缓冲材料中埋设有电化学阻抗谱测量用传感器、腐蚀失重样品、腐蚀产物表征用样品；导线穿设于耐温塑料密封罐的密封罐顶盖，其下端与电化学阻抗谱测量用传感器连接，其上端引出至敞口容器外；温控部件插装于耐温塑料密封罐的密封罐顶盖，其下端伸至缓冲材料中，其上端引出至敞口容器外；密封罐顶盖与耐温塑料密封罐之间通过硅橡胶密封，导线、温控部件与密封罐顶盖之间通过硅橡胶密封。

5、所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，包装容器候选材料试验样品与温控部件相互之间无直接接触且埋于缓冲材料内，并一同密封于耐温塑料密封罐中；密封之后的耐温塑料密封罐置于敞口容器中，并用封严材料淹没耐温塑料密封罐。

6、所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，电化学阻抗谱测量用传感器由材质相同的第一电极和第二电极组成，第一电极与第二电极均具有三个以上梳齿使得第一电极与第二电极相互交错均呈梳状，相邻的梳齿之间具有间隙，并且间隙不大于0.3mm，第一电极和第二电极的测试面面积为1cm2。

7、所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，第一电极与第二电极之间和外侧通过填充耐高温绝缘树脂固定，电化学阻抗谱测量用传感器的上端面为测试面，第一电极与第二电极的上表面露出并与测试面平齐，第一电极和第二电极的非露出侧分别引出一根导线经耐温塑料密封罐的密封罐顶盖上预留豁口引出，供电化学阻抗谱数据采集用，导线引出后的预留豁口剩余空隙用硅橡胶密封。

8、所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，温控部件位于缓冲材料内且通过耐温塑料密封罐的密封罐顶盖上预留豁口引出，并连接于电源，温控部件引出后用硅橡胶密封剩余空隙。

9、所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，耐温塑料密封罐密封后，采用硅橡胶对耐温塑料密封罐与密封罐顶盖的封口环周进行密封。

10、所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，腐蚀失重样品平行设置样品的数量不少于3个，并且样品尺寸不小于20mm×10mm×3mm；腐蚀产物表征用样品数量不少3个，并且样品尺寸不小于10mm×10mm×2mm。

11、所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，封严材料为甘油或液体石蜡，缓冲材料为膨润土。

12、本实用新型的设计思想是：

13、(1)本实用新型利用甘油或液体石蜡的可流动性，且与水和硅橡胶不发生反应的特性，将其作为封严材料可以很好地对被隔离的带盖耐温塑料密封罐起到良好的隔离空气环境的效果。

14、(2)甘油或液体石蜡燃点较高，且无毒，可以对130℃温度以下被隔离的带盖耐温塑料密封罐起到长期稳定的隔离作用。

15、(3)在测量高放废物地质处置包装容器候选材料制电极电化学阻抗谱的同时，将腐蚀失重样品、腐蚀产物表征样品均放置于缓冲材料体系中，可以实现包装容器候选材料腐蚀速率监测的同时实现腐蚀产物形貌、相组成、腐蚀类型等腐蚀参数的检测。因此，本实用新型适用于高放废物地质处置缓冲材料环境中包装容器候选材料的长期腐蚀研究与评价，具有多功能、可操作性强、密封性好、稳定性强和实时测量特点。

16、与现有技术相比，本实用新型的优点及有益效果是：

17、(1)本实用新型采用的封严材料呈黏稠状液体，流动性好，并且材料易得，无毒，不易挥发，可以对带盖耐温塑料密封罐起到良好的隔离空气环境的效果，有效地避免了其它密封方式可靠性耐久性较差的劣势。

18、(2)本实用新型提供的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验方法工艺简单、环保无污染，隔离效果稳定，且装置构造简单、设计方式多样、可操作性强，适用于高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验研究。

技术特征：

1.一种高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，包括敞口容器、封严材料、耐温塑料密封罐、缓冲材料、温控部件、包装容器候选材料试验样品、导线和硅橡胶，包装容器候选材料试验样品包括电化学阻抗谱测量用传感器、腐蚀失重样品、腐蚀产物表征用样品，具体结构如下：

2.根据权利要求1所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，包装容器候选材料试验样品与温控部件相互之间无直接接触且埋于缓冲材料内，并一同密封于耐温塑料密封罐中；密封之后的耐温塑料密封罐置于敞口容器中，并用封严材料淹没耐温塑料密封罐。

3.根据权利要求1所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，电化学阻抗谱测量用传感器由材质相同的第一电极和第二电极组成，第一电极与第二电极均具有三个以上梳齿使得第一电极与第二电极相互交错均呈梳状，相邻的梳齿之间具有间隙，并且间隙不大于0.3mm，第一电极和第二电极的测试面面积为1cm2。

4.根据权利要求3所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，第一电极与第二电极之间和外侧通过填充耐高温绝缘树脂固定，电化学阻抗谱测量用传感器的上端面为测试面，第一电极与第二电极的上表面露出并与测试面平齐，第一电极和第二电极的非露出侧分别引出一根导线经耐温塑料密封罐的密封罐顶盖上预留豁口引出，供电化学阻抗谱数据采集用，导线引出后的预留豁口剩余空隙用硅橡胶密封。

5.根据权利要求1所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，温控部件位于缓冲材料内且通过耐温塑料密封罐的密封罐顶盖上预留豁口引出，并连接于电源，温控部件引出后用硅橡胶密封剩余空隙。

6.根据权利要求1所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，耐温塑料密封罐密封后，采用硅橡胶对耐温塑料密封罐与密封罐顶盖的封口环周进行密封。

7.根据权利要求1所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，腐蚀失重样品平行设置样品的数量不少于3个，并且样品尺寸不小于20mm×10mm×3mm；腐蚀产物表征用样品数量不少3个，并且样品尺寸不小于10mm×10mm×2mm。

8.根据权利要求1所述的高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置，其特征在于，封严材料为甘油或液体石蜡，缓冲材料为膨润土。

技术总结
本技术涉及金属腐蚀行为监测与表征领域，特别是一种高放废物地质处置包装容器材料长期腐蚀试验的装置。该试验装置包括敞口容器、封严材料、耐温塑料密封罐、缓冲材料、温控部件、包装容器候选材料试验样品、导线和硅橡胶，敞口容器内装有封严材料，封严材料中埋设有耐温塑料密封罐，耐温塑料密封罐内装填有缓冲材料，缓冲材料中埋设有电化学阻抗谱测量用传感器、腐蚀失重样品、腐蚀产物表征用样品；导线穿设于耐温塑料密封罐的密封罐顶盖，温控部件插装于耐温塑料密封罐的密封罐顶盖。本技术适用于高放废物地质处置缓冲材料环境中包装容器候选材料的长期腐蚀研究与评价，具有多功能、可操作性强、密封性好、稳定性强和实时测量特点。

技术研发人员：郝龙,王锡勇,谢敬礼,王俭秋,陈亮,柯伟
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：20240307
技术公布日：2024/11/26