新型软件助力核废料安全处置

麻省理工学院（MIT）的研究人员与劳伦斯伯克利国家实验室和奥尔良大学的科学家合作，模拟了放射性核素在深层地质构造中的行为，为开发地下放射性废物处置的可辩护安全案例提供了工具。

利用新型高性能计算软件，研究人员能够模拟放射性核素在由多种材料组成的天然和工程屏障系统中的迁移，这些材料以复杂的3D几何形状分布。模型通过瑞士Mont Terri项目的实验数据进行了验证，该项目是一个针对Opalinus Clay地层的水文地质、地球化学和岩土特性进行研究的国际科研项目。

这项研究由MIT博士生Dauren Sarsenbayev和助理教授Haruko Wainwright与Christophe Tournassat和Carl Steefel共同完成，并发表在《PNAS》杂志上。

关键时刻：研究中使用的软件名为CrunchODiTi，是基于已有软件CrunchFlow开发的。最新版本于今年更新，该软件设计为可在多台高性能计算机上并行运行。与常用于模拟放射性核素与水泥-粘土界面相互作用的其他模型不同，CrunchODiTi考虑了屏障材料中带负电荷的黏土矿物相关的静电效应，并在3D空间中模拟了这些相互作用。

在研究中，研究人员研究了Mont Terri进行的一项为期13年的实验，该实验最初关注水泥-黏土岩石的相互作用。过去几年中，在安置于地层中的水泥中心附近钻孔中添加了带正负电荷的离子。研究人员专注于放射性核素与水泥-黏土之间1厘米厚的“皮肤”区域，并将实验结果与软件模拟进行了对比，发现两组数据吻合。

“这些结果非常重要，因为以前的模型与现场数据的拟合效果并不理想，”Sarsenbayev表示，“有趣的是，水泥和黏土之间‘皮肤’区域的微观现象——其物理和化学性质随时间变化——可以用来弥合实验和模拟数据之间的差距。”

Sarsenbayev补充说：“假设在这一界面存在矿物沉淀和孔隙堵塞，而我们的结果强烈支持这一点。”

进一步研究：根据MIT的说法，这种新模型可能会取代用于进行地下地质储存库安全和性能评估的旧模型，并增强政策制定者和公众对核废料长期安全处置的信心。

“如果美国最终决定将核废料储存于地质储存库，那么这些模型可以指导选择最合适的材料，”Sarsenbayev说，“例如，目前黏土被认为是一种合适的存储材料，但盐层是另一种潜在介质。”

Sarsenbayev表示，该模型对其他研究人员来说相对容易获取，未来工作可能会集中在使用机器学习开发计算成本更低的替代模型上。

MIT表示，Mont Terri实验的进一步数据将于本月晚些时候发布，团队计划将这些数据与更多模拟结果进行对比。