地下核爆炸产生37Ar向地表输运的数值模拟

论文摘要

放射性惰性气体37Ar的监测是全面禁止核试验条约（CTBT）核查体系中现场视察（OSI）的一项重要技术手段。为在理论上考察地下核爆炸后37Ar泄漏到地表的时间及泄漏量,本文先考虑核爆炸后实现理想封闭场景,将核试验场区抽象为多孔介质,在不考虑37Ar在基岩中的吸附、解吸的情况下,利用多孔介质渗流模型,建立渗流——温度耦合方程,对理想场区地下核爆炸产生的37Ar在地层中的输运情况进行了数值模拟,给出了37Ar泄漏到地表的时间及变化量。其次考虑核爆炸后未能实现理想封闭,地层中产生较多的裂隙形成裂隙网络,核爆炸产生的气体通过裂隙网络向地表输运。计算结果可为OSI惰性气体监测技术的发展及其在地下核爆炸监测中应用的有效性评价提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 导论
• 1.1 相关背景
• 1.2 前人已作过的卓有成效的工作
• 1.2.1 基于平板裂缝的渗流模型
• 1.2.2 基于分形维数平板的扩散模型
• 1.2.3 基于多孔介质的渗流模型
• 1.3 本文研究工作
• 参考文献
• 37Ar在地层中输运现象简介'>2 地下核爆炸及³⁷Ar在地层中输运现象简介
• 2.1 核装置起爆后各时间段效应
• 2.2 中子与围岩介质作用
• 2.3 力学冲击波作用效果
• 2.3.1 地下核爆后空腔的形成
• 2.3.2 冲击波对岩石破坏的分区效应
• 37Ar在地层中输运过程的描述'>2.4³⁷Ar在地层中输运过程的描述
• 3 当前流体渗流计算的几种模型
• 3.1 均匀多孔介质模型
• 3.1.1 基于实验的Darcy渗流定律
• 3.1.2 Darcy渗流定律适用范围
• 3.2 裂隙介质模型
• 3.3 离散裂隙模型简介及算例展示
• 3.3.1 离散裂隙网络模型基本假定
• 3.3.2 Monte-Carlo方法生成随机裂隙网络
• 3.3.3 裂隙网络中流体运动的求解方法及算例
• 参考文献
• 4 利用等效连续介质模型计算
• 4.1 物理模型的建立及其数学方程
• 4.1.1 物理模型的建立
• 4.1.2 输运过程的控制方程
• 4.2 计算参数
• 4.2.1 渗流场物性参数的获得
• 4.2.2 渗流初始条件
• 4.3 数值方法及求解方法
• 4.3.1 离散方程的导出
• 4.3.2 边界条件推导
• 4.4 网格划分
• 4.4.1 划分依据
• 4.4.2 网格格点数目的选择
• 参考文献
• 5 等效连续介质模型计算结果及结果讨论
• 5.1 两种场地介质计算结果比较
• 5.1.1 两种场地介质10小时内各物理量的变化
• 5.1.2 两种场地介质100小时内各物理量的变化
• 5.1.3 两种场地介质1000小时内各物理量的变化
• 5.1.4 地表上方零点放射性随时间的变化
• 37Ar和¹³³Xe渗流计算结果对比'>5.1.5³⁷Ar和¹³³Xe渗流计算结果对比
• 5.2 利用一维模型计算地表放射性近似分布
• 5.2.1 花岗岩介质地面各监测点
• 5.2.2 冲积土介质地面各监测点
• 6 利用离散裂隙模型进行计算的初步探索
• 37Ar在离散裂隙介质中的输运模型'>6.1³⁷Ar在离散裂隙介质中的输运模型
• 6.2 裂隙网络的生成及方程导出
• 6.3 算例及结果讨论
• 6.4 结论及存在问题
• 7 总结及后续工作
• 7.1 本文工作的总结
• 7.2 下一步工作的展望
• 8 附录
• 8.1 五对角矩阵的追赶求解
• 8.2 利用磨光算子对非连续曲线进行光滑化
• 参考文献
• 致谢