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Technical Report NTB 04-03

Nuclide Transport and Diffusion for Vein and Fracture Flow

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Die Modellierung des Transportes von Radionukliden durch kristallines Gestein basiert gewöhnlich auf einem kleinen Wasserfluss in einem System von engen Spalten. Dieser Fluss wird als Spalten-Fluss bezeichnet. Er beinhaltet in unserem Modell ebene wasserführende Kanäle und angrenzende Zonen mit dominanter Matrixdiffusion. Je nach der Beschaffenheit des Gesteins kann es jedoch notwendig werden, zusätzlich einen Venen-Fluss zu betrachten, der durch zylindrische wasserführende Kanäle und angrenzende Zonen mit dominanter Matrixdiffusion charakterisiert wird. Basierend auf einem doppelt-porösen Konzept, wurden sowohl für den Venen- als auch für den Spalten-Fluss Transportberechnungen durchgeführt. Eine ausführliche Diskussion der Resultate gibt einen Überblick über wichtige Parametereinflüsse und über die hauptsächlichsten Effekte des Venen-Flusses. Für schnelle Abschätzungen wurden Formeln angegeben, welche die quantitative Interpretation von Durchbruchkurven unterstützen. Die Diskussion von analytischen Resultaten für Nuklid-Diffusion von einem ebenen und von einem zylindrischen Rand erhärtet die Kommentare zur Matrixdiffusion.

Die folgenden Effekte des Venen-Flusses auf die Durchbruchkurven sind illustrative Beispiele nützlicher Resultate:

  • Die Höhe des Durchbruch-Peaks kann im Vergleich zum Spalten-Fluss sehr stark reduziert sein. Die Ankunftszeit des Peaks ist jedoch nur leicht verändert.
  • Der asymptotische Teil der abfallenden Flanke der Durchbruchkurve ist flacher als der gut bekannte t -3/2-Verlauf für den Spalten-Fluss.
  • Der Buckel am Ende der Durchbruchkurve, der durch die Begrenzung der Matrixdiffusionszonen erzeugt wird, ist wesentlich grösser als beim Spalten-Fluss. Bei vielen Fällen des Nuklidtransportes kann daher eine doppelhöckerige Durchbruchkurve auftreten.
  • Die Sorption an Porenoberflächen, die nur durch Diffusion zugänglich sind, kann die Durchbruchkurve substantiell verändern. Die Venen- zu Spalten-Flussverhältnisse der Durchbruch-Peakdaten bleiben jedoch im wesentlichen gleich. Dies gilt für den gesamten Bereich der untersuchten Retardierungsfaktoren von 7 bis 27'000.

Die präsentierten Untersuchungen tragen zu einer differenzierten Interpretation von Durchbruchkurven bei und vertiefen das physikalische Verständnis des Nuklid-Transportes in einem doppelt-porösen Medium.

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