新软件精准模拟核废料地下交互

一项研究表明，通过新型高性能计算软件生成的地下放射性废物相互作用模拟结果与瑞士某研究设施的实验数据高度吻合。

该研究由麻省理工学院博士生Dauren Sarsenbayev和助理教授Haruko Wainwright，以及来自劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）和法国奥尔良大学的Christophe Tournassat，以及LBNL的Carl Steefel共同撰写。

Tournassat和Steefel开发了名为CrunchODiTi的高性能计算软件，以改进对放射性废物与人造及天然材料相互作用的建模。

CrunchODiTi软件考虑了用于废物储存库屏障的带负电荷粘土矿物的静电效应，使其成为唯一能在三维空间中模拟这些相互作用的工具。该软件基于成熟的CrunchFlow软件开发，并于今年进行了最新更新，设计为可同时在多台高性能计算机上并行运行。

该研究基于瑞士St-Ursanne附近的Mont Terri项目的进展工作，这是一个针对Opalinus Clay地层的水文地质、地球化学和岩土特性的国际研究项目。该岩石实验室成立于1996年，位于地下约300米处。

Sarsenbayev表示：“该实验点被广泛认为是全球最具价值的真实世界实验场所之一，因为它提供了数十年来关于水泥和粘土相互作用的数据集，而这些材料被世界各国推荐用于工程屏障系统和核废料地质储存库。”

过去几年中，研究人员向位于地层中心水泥中的钻孔中注入了正负电荷离子的混合物。他们聚焦于1厘米厚的放射性核素与水泥-粘土之间的“皮肤”区域，并将实验结果与软件模拟进行了对比，发现两者结果一致。

实验结果表明，该模型成功模拟了富含粘土的地层静电效应以及Mont Terri地区材料随时间的相互作用。

这一新模型可以替代过去用于评估地下地质储存库安全性和性能的旧模型。

Sarsenbayev说：“这些强大的新计算工具，加上瑞士Mont Terri实验点的真实数据，帮助我们理解放射性核素在复杂地下系统中的迁移路径。”

Wainwright补充道：“这项结合计算与实验的研究对于提升我们对废物处理安全性评估的信心至关重要。随着核能重新成为应对气候变化和确保能源安全的关键来源，验证废料处理路径变得尤为关键。”

作者们表示，希望这项研究能“提升政策制定者和公众对地下核废料处置长期安全性的信心”。

地质处置设施是由高度工程化的地下储藏库和隧道组成的网络，用于永久处置高放射性废物，以确保有害辐射不会到达地表环境。芬兰、瑞典、法国、加拿大、英国和美国等国家正在推进这一方案。