美国目前估计有75,000吨用过的核燃料在全国数十个地点,这些核燃料不是为长期存储而设计的。这蓝丝带委员会对能源部长的核核未来报告(2012年)确定了美国迫切需要制定一项新战略来长期处理废物。
核废料的地质处置历史上一直集中在采矿设施上。但是,深处孔处理(DBD)的选择最近引起了人们的关注,因为许多因素表明它是一种固有的安全处置方法。该概念中的重要组成部分是能够成功隔离核废料的钻孔密封系统。这样的系统是最近针对美国能源部进行的岩石井孔密封系统(RMBSS)研究的重点。
从2015年到2017年,Respec在南达科他州拉皮德城的Respec实验室设计和测试了RMBSS系统。碳化硅加热元件由SPANG 1051 SCR功率控制器提供动力,而SPANG 1051 SCR功率控制器又由Campbell Scientific CR1000控制。NL120以太网接口也用于联网CR1000,从而允许远程操作和数据查看。
在测试设施中,使用花岗岩巨石和回填材料来模拟井眼环境。热电偶(TCS)用于测量各个位置的加热器,岩石和回填温度。最初对CR1000进行编程,以基于加热元件和附近熔体的温度作为比例综合衍生(PID)控制器。然而,很明显,很难消除杂散电压(在极端温度下似乎在熔体中发展),并扰乱了TC数据,导致PID算法的故障。
然后,对CR1000进行编程,以在收集温度数据的同时几天内缓慢提高加热器功率,以免引起热冲击和早期破裂。进行了十二次测试,温度超过热源的1,500°C(2,732°F),而花岗岩融化在1,100至1,200°C之间(2,012和2,192°F)。
在熔融前和熔融标本上进行了渗透性测试。长持续测试(持续1到2个月)的熔体效果更好,渗透率远低于预测试中测量的渗透率。
2016年,在南达科他州的前霍姆斯特矿场的桑福德地下研究机构(SURF)进行了地下测试,位于南达科他州的梅斯特矿场(SURF),位于地表以下518米(1,700英尺)。在两个级别(1550L和1700L)之间钻了五个钻孔,以在流纹岩石岩石中创建测试区。在钻孔内进行了钻孔壁的水力传导率测试,以确定3米(10英尺)间隔的液压电导率。在电导率测试期间,使用Campbell Scientific CR300 Datalogger收集压力和流量数据。
On the 1700L (below the test zone), a Campbell Scientific CR300 and NL200 network interface collected and transmitted geophone and closure pole data. Geophones were installed to detect potential rock fracturing due to thermal-mechanical stress, and custom closure poles were used to measure displacement of the mine drift.
在1550L(测试区以上)上,使用CR1000和NL201网络链路来控制加热器电源,测量温度并随着井眼积聚而测量水位。如果电压,电流或温度从范围漂移或与NL201的连接丢失,则配置了警报。进行了四次测试,每次测试在钻孔的30至43米(100和140英尺)之间。
这个研究发现几个挑战ust be addressed before the technology can be applied in a deep borehole environment meant for waste disposal. These challenges include withstanding high pressures, and understanding the duration of time needed to create a seal without damaging the rock through thermal-mechanical fracturing.