Изоляционные свойства и механизмы проницаемости кристаллической соли

Почепцова, Ольга Александровна

Изоляционные свойства и механизмы проницаемости кристаллической соли тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Почепцова, Ольга Александровна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Белгород-Дубна МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Изоляционные свойства и механизмы проницаемости кристаллической соли»

Автореферат диссертации на тему "Изоляционные свойства и механизмы проницаемости кристаллической соли"

На правах рукописи

Почепцова Ольга Александровна

ИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И МЕХАНИЗМЫ ПРОНИЦАЕМОСТИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СОЛИ

Специальность 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

4852546

1 СЕН 2011

Белгород - 2011

4852546

Работа выполнена на кафедре общей и прикладной физики Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Никитин А.Н.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Левин Д.М.

доктор физико-математических наук, профессор Родионов А.А.

Ведущая организация

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Защита состоится «_»

2011 г. в

часов на

заседании Диссертационного совета при Белгородском государственном национальном исследовательском университете по адресу: 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85, ауд._.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного национального исследовательского университета.

Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Беленко В. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Актуальной и неотложной проблемой является безопасное длительное хранение и утилизация радиоактивных отходов (РАО) атомной энергетики в местах, где они не будут представлять опасности для людей и окружающей среды. Принципиально важным моментом является разработка научно обоснованных допустимых критериев оценки состояния природной среды, при которых обеспечивается геоэкологическая безопасность на длительный срок (сотни лет) существования хранилищ и захоронений высокорадиоактивных отходов (ВАО).

Столь продолжительный срок устойчивой защиты окружающей среды может достигаться за счет мультибарьерных систем, которые включают комплекс инженерных сооружений (контейнеров и т.д.) и вмещающие их породы (геологический барьер). Мультибарьерная защита окружающей среды (согласно рекомендациям МАГАТЭ) требует сохранения изоляционных свойств в породах, подверженных длительному воздействию горного давления свыше 50 МПа, температуры 300°С.

По результатам сравнения барьерных свойств разных типов горных пород некоторые авторы приходят к мнению, что одними из предпочтительных горных геологических объектов являются кристаллические галоидные формации.

Каменная соль обладает высокой теплопроводностью, что позволит быстро отводить тепло от разогретого захоронения. Кроме того, это высокопластичный материал, способствующий залечиванию возникающих под действием высоких температур и давлений трещин, дефектов и нарушений. И, наконец, на разных континентах существует большое количество геологических формаций с отработанными соляными шахтами.

ее растворимости. Важнейшей характеристикой, количественно определяющей фильтрационные способности среды, является проницаемость.

Рядом исследователей достаточно подробно изучен процесс флюидопроницаемости среды, обусловленный наличием в ней свободного пространства, представленного порами и трещинами. Это основной механизм проницаемости трещинно-пористой среды. Он основан на представлении, что потоки флюида происходят по трещинному и поровому пространству.

Другой группой ученых исследовался иной физический механизм проницаемости, характерный для хорошо растворимых в воде кристаллических пород, находящихся во внешних тепловых градиентных полях. Данный механизм заключается в том, что жидкое включение самопроизвольно перемещается в кристалле в более нагретую его область. Это связано с растворением вещества кристалла на разогретой границе включения и его осаждением на противоположной стороне. Экспериментально установлено, что водные пузырьки с характерными размерами около 50 мкм, находящиеся в кристалле соли, перемещаются в поле с градиентом температуры 10-100 град/см со скоростями порядка нескольких сантиметров в год. Кроме того, на основании опытных наблюдений были установлены некоторые закономерности рассматриваемых процессов движения включений: чем больше размер включения, тем больше скорость его движения; движущееся включение деформируется в направлении, перпендикулярном тепловому градиенту; со временем включение с тыльной стороны (менее нагретой) начинает распадаться на более мелкие частицы, или большие капли делятся на несколько более мелких.

Также экспериментально установлено существование процесса перемещения жидкого включения в кристалле в поле созданных в нем сжимающих механических напряжений.

В окрестности подземного хранилища РАО неизбежно будут возникать области повышенных температур и механических напряжений. В этих условиях следует ожидать и рост трещиноватости породы. Все это дает предпосылки для необходимости учета процессов движения содержащихся в соляной среде жидких включений, осуществляемого по двум рассмотренным механизмам проницаемости. Так как по мере приближения к месту захоронения температура и механические напряжения среды растут, то можно ожидать преимущественного перемещения включений в сторону стенок хранилища. В случае нарастания потока включений они могут со временем сконцентрироваться в местах расположения тепловыделяющих контейнеров с отходами и способствовать обрушению стенок захоронения.

Основные цели и задачи работы

Целью данной работы является: проведение экспериментальных и теоретических исследований для оценки возможной потери изоляционных свойств (изменения проницаемости, трещиноватости, и др.) галоидных горных пород - потенциальных подземных хранилищ BAO - в условиях меняющихся тепловых и механических полей.

Для ее достижения был поставлен ряд задач:

1. Определить структурные и текстурные параметры образцов каменной соли методом нейтронной дифракции; оценить степень анизотропии образцов; получить и проанализировать температурные зависимости внутренних решеточных напряжений соляной породы с помощью рассеянных нейтронов.

2. Измерить анизотропию скоростей продольных ультразвуковых волн на сферических образцах соли при повышенных давлениях и оценить трещиноватость породы.

3. Рентгенографически исследовать изменения параметров решетки образцов каменной соли после облучения сильноточными электронными пучками и оценить степень радиационного влияния излучения на соляную породу.

4. Рассчитать тепловые характеристики (значения температур и тепловых градиентов) соляной породы, возникающие в окрестности теплоизлучающего источника (захоронения РАО).

5. Теоретически оценить максимально возможные скорости движения жидких включений в солях под действием градиента температуры. Исследовать основные особенности этого движения.

6. На основе анализа полученных данных дать заключение и рекомендации по строительству хранилищ РАО в галоидных горных массивах.

Объекты исследования

В качестве объектов исследования использовались образцы природной каменной соли Соликамского месторождения, представленные в виде порошка (для структурных исследований), сферических объектов диаметром 50 мм (для ультразвуковых и текстурных) и пластинок (для рентгенографических и ускорительных исследований).

Методы исследования

Теоретические исследования осуществлялись численными методами. Для основных расчетов использовались уравнения математической физики: теплопроводности и диффузии. Экспериментальные решения поставленных задач были получены с помощью методов нейтронографии (дифракции тепловых нейтронов), лучевого акустического зондирования, воздействия пучками быстрых электронов, а также рентгеноструктурного анализа.

Научная новизна

Впервые произведен учет проницаемости кристаллической горной породы, осуществляемой посредством двух возможных механизмов: движение присутствующих включений по трещинам и порам и появление дополнительного перемещения жидких включений вдоль кристалла под влиянием тепловых градиентных полей.

С целью получения более полного представления о свойствах соляной породы впервые проведены комплексные нейтронографические структурные

и текстурные измерения образцов кристаллической галоидной породы. Для этого были использованы в совокупности два основных метода: нейтронографический и рентгенографический, а также метод ультразвукового зондирования.

На основании данных об изменении скоростей упругих волн при различных всесторонних давлениях, а также величин плотности получена информация о невысокой пористости и трещиноватости исследуемой породы. Этот факт позволил обосновать необходимость учета механизма градиентной флюидопроницаемости.

Разработан алгоритм для расчета тепловых (значений температур и тепловых градиентов) и транспортных (максимально возможные скорости движения жидких включений и его основные особенности) характеристик кристаллической галоидной горной породы.

Научная и практическая значимость работы

Научная ценность работы заключается в разработке алгоритма для оценки транспортных свойств кристаллической галоидной породы, дополненного экспериментальными исследованиями изоляционных характеристик среды.

На практике полученные теоретические и экспериментальные данные позволят оценить вероятное направление и величину перемещений водных включений в поле тепловых градиентов вблизи размещенных в шахте контейнеров с тепловыделяющими веществами. В результате проведенных исследований можно предложить дополнительные требования к возможным типам горных пород, используемым для размещения захоронений РАО. А именно, при планировании размещения хранилищ РАО в соляных горных выработках, зная возможные предельные температуры и механические напряжения, необходимо оценить степень и ориентацию трещиноватости породы, а также следует исключить присутствие в выбранной области большого скопления крупных (размером порядка 1 мм и выше), вытянутых жидких включений.

Основные положения, выносимые на защиту

• Результаты нейтронно-дифракционных структурных и текстурных исследований образцов природной каменной соли Соликамского месторождения. Расчет температурной зависимости в широком интервале температур (20-300°С) внутренних решеточных напряжений.

•Результаты рентгеноструктурных исследований структурных параметров образцов галоидной породы, находящихся в двух состояниях: естественном и после процесса облучения быстрыми электронами и доказательство появления в породе после облучения дополнительных внутрикристаллических напряжений.

• Теоретическая модель процесса перемещения макроскопического жидкого включения через соляную матрицу, находящуюся в градиентном тепловом поле и проведенная в рамках модели количественная оценка транспортных свойств каменной соли. Доказательства увеличения скорости перемещения включения с ростом его размера, формоизменения (вытягивание включения в поле градиента температуры) и распада включения на более мелкие части.

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное участие в постановке задач, разработке методов и алгоритмов для их решения, проведении теоретических исследований, обработке данных, формулировке выводов в статьях, докладах и диссертации. Основные опубликованные результаты получены при основном участии автора.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации были представлены на следующих научных конференциях: VII международная конференция «Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле», Борок, 2006; XII научная конференция молодых ученых и специалистов ОИЯИ, Дубна, 2008; XIII научная конференция молодых ученых и специалистов ОИЯИ, Дубна, 2009; а также на семинарах НЭО НИКС ЛНФ ОИЯИ, 2006-2009.

Материалы диссертации опубликованы в работах 1-6.

Достоверность результатов

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием надежных инструментов и методик, а также хорошим соответствием полученных данных уже известным, опубликованным в научной литературе.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка литературы (107 наименований). Работа содержит 86 страниц, включая 22 рисунка и 3 таблицы.

На разных этапах работа была поддержана грантами РФФИ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности работы. Рассматриваются объекты и методы исследований, указаны научная новизна и практическая применимость полученных данных, приводится список защищаемых положений.

В первой главе представлен литературный обзор материала, посвященного захоронению радиоактивных отходов в горных породах и соляных формациях в частности. Анализируются известные данные по проницаемости основных горных пород при высоких температурах и давлениях. Рассматриваются особенности дополнительного механизма проницаемости хорошо растворимых в воде кристаллических галоидных горных пород, находящихся во внешних градиентных полях.

В данном разделе дается понятие текстуры горных пород, поясняется ее связь с анизотропией среды. Приводятся обоснования цели и задач диссертации.

Во второй главе рассматриваются использованные экспериментальные методы и техника для исследования изоляционных свойств галоидных горных пород.

Структурные и текстурные исследования осуществлялись с помощью дифракции нейтронов. Спецификой данного метода является необходимость иметь мощные источники нейтронов. В Объединенном институте ядерных исследований (Дубна) таким источником является ИБР-2. Этот реактор является высокопоточным, средний поток нейтронов составляет 5-Ю13 н*см"2*с"', в то время как импульсный достигает 1016 н*см"2*с"'.

Измерения кристаллографической текстуры соляных образцов в данной работе осуществлялись с помощью дифрактометра СКАТ. Данный прибор состоит из детекторного кольца (диаметр 2 м), на котором расположено 19 детекторно-коллиматорных комплексов. Данные комплексы установлены на одном конусе Дебая - Шеррера вокруг падающего пучка под углом рассеяния 20 = 90°.

Структурные исследования были выполнены на дифрактометре ФДВР-нейтронном Фурье-дифрактометре высокого разрешения. Высокое разрешение достигается на сравнительно короткой (около 20 м) пролетной базе за счет использования Фурье-техники регистрации (а также благодаря коллимации пучка и геометрии детекторной системы). Поэтому спектрометр имеет достаточно высокую светосилу.

Измерения скоростей продольных ультразвуковых волн были проведены в Геологическом институте Чешской АН, г. Прага. Используемый в работе ультразвуковой метод основан на измерении скорости звука в различных направлениях в сферическом образце. В различных направлениях вдоль диаметра шара осуществляется излучение и прием ультразвуковых импульсов двумя электроакустическими преобразователями, конструктивно реализующими квазиточечный контакт с поверхностью образца. Электроакустические преобразователи для излучения и приема ультразвуковых импульсов движутся в плоскости, проходящей через ось вращения. Предложенная система позволяет проводить измерения скоростей продольных упругих волн в образце в любом направлении.

Третья глава посвящена исследованию тепловых и транспортных свойств галоидных горных пород.

В рамках цели данной работы была поставлена задача о нахождении распределения температуры в среде с заданными свойствами соли при воздействии стационарного источника тепла.

Трехмерная задача: Захоронение радиоактивных отходов можно представить в виде сферического тепловыделяющего контейнера радиусом Л м и интенсивностью теплового излучения Р Вт/м3, внутри и вне которого находится горная порода. Используя решение соответствующего уравнения теплопроводности, можно вычислить температуру среды на расстоянии г м от центра хранилища через время г с.

Вычисление верхней оценки скорости движения жидкого включения в кристаллической соли под действием заданного температурного градиента. Механизм движения жидкого включения вдоль кристалла соли в поле градиента температуры заключается в следующем. В результате повышения растворимости соли с увеличением температуры, у горячей стороны включения возникает недосыщение раствора, а у холодной - пересыщение. Вследствие этого на разогретой стенке включения соль растворяется, вследствие диффузии перемещается в растворе вдоль включения и на холодной стенке кристаллизуется. Основным условием стационарного движения включения является равенство последовательных потоков: растворения, диффузии и кристаллизации.

Рассмотрим каплю соляного раствора, находящуюся в бесконечной кристаллической среде соли с заданным постоянным тепловым градиентом. Пусть раствор капли всюду имеет температуру Т0 и концентрацию соли, равную ее концентрации насыщения С(Т0). Т.е., будем считать, что капля «частично» теплоизолирована и не чувствует градиент температуры окружающей ее соли.

Начальные условия. В момент времени г=0 снимаем теплоизоляцию и предполагаем, что в капле, «вокруг» Т0 мгновенно устанавливается

температурное распределение, соответствующее внешнему тепловому градиенту соли.

Будем рассматривать модель «одномерной капли», под которой понимается капля в форме параллелепипеда длиной Ь с фронтовой и тыльной поверхностями площадью 5. Боковые грани считаем нейтральными по отношению к процессам растворения и кристаллизации. Очевидно, что в этом случае процессы диффузии, определяющие изменение концентрации соли вдоль капли со временем, будут описываться одномерным уравнением.

Разделим каплю на N клеток размером Ах. Согласно заданному постоянному тепловому градиенту соли температура первой клетки (фронтовая стенка) капли будет равна Т1 > Т0 и соответствующая концентрация насыщения С'(1) = С'(Т,) > С(Т0). В последней клетке температура имеет значение Т2<Т0, а концентрация насыщения С (К) = С(Т2) < С (Го).

Поскольку, согласно начальному распределению концентрации соли в капле вблизи фронтовой ее части появляется некоторое недосыщение, то считаем, что возможен поток растворения соли, пропорциональный величине этого недосыщения, т.е., РОТОКг = КГ[С(1)-С(1)].

На тыльной поверхности капли имеет место поток кристаллизации соли: РОТОКк = Ккг[С(М)-С'т)].

Эти модельные предположения, пренебрегающие наличием связи между динамикой растворения и кристаллизации и тепловыми характеристиками сложной системы «капля - кристаллическая матрица», допустимы для верхних оценок скорости движения капель. Любой учет пространственно-временного распределения тепловой энергии системы может привести только к замедлению процессов, определяющих это движение.

Численный расчет возникающих в капле потоков осуществляем через равные промежутки времени А л

Поскольку возникает неравномерное распределение содержания соли в клетках капли, то за следующий промежуток времени будет происходить

диффузия молекул раствора от первой к последней клетке капли. Диффузионный поток будет пропорционален разнице между содержанием соли в соседних клетках капли.

Потоки всех трех происходящих процессов вычисляются до тех пор, пока они не станут с указанной точностью равными между собой. Это соответствует установлению стационарного режима движения капли. Таким образом, нам известно постоянное количество соли, растворяющееся, диффундирующее и кристаллизующееся в капле за единицу времени. Если разделить эту величину на плотность чистой соли, то получится искомое значение скорости движения капли.

Определение особенностей движения включений'. Чтобы показать природу эффектов, наблюдающихся при движения капельки водного раствора в соли под действием градиента температуры, достаточным будет рассмотреть модель двумерной капли. Она представляет собой (аналогично одномерному случаю) параллелепипед, у которого процессы растворения и кристаллизации разрешены не только на фронтовой и тыльной, но и на двух взаимно противоположных боковых поверхностях. В этом случае сильно упрощающий подход рассмотрения потоков и их выравнивания в стационарном режиме больше нельзя применять. Движение капли и ее деформацию необходимо описать в реальном пространстве, соблюдая при этом сохранение объема воды рассматриваемой капли.

Представим соляной массив в виде сетки размером 160x160 клеток. В начальный момент времени поместим в него жидкое включение величиной 100x100, т.е. заполним раствором все клетки, координаты которых находятся в диапазоне (51,31) - (150,130). Соотношение между параметрами соли и раствора (плотности, концентрации насыщения, градиенты температуры и концентрации, размер клетки и др.) подберем таким образом, чтобы в начальный момент времени существовали бы клетки включения, способные растворить и кристаллизовать хотя бы одну клетку соли.

Для начала выделим все клетки раствора, контактирующие с солью. Определим, какие из них могут растворить, а какие выделить соль (по соотношению между концентрациями насыщения клеток раствора и значением плотности одной клетки соли). Мгновенно осуществляем растворение и кристаллизацию равного количества клеток. С одной стороны, равномерно распределяем содержание одной клетки соли в ближайшей клетке раствора и ее соседях; клетка соли при этом становится клеткой раствора. С другой, выделяем из клетки раствора и ее соседей соль в количестве, достаточном для образования новой клетки соли; клетка раствора при этом становится клеткой соли. Первоначальный объем включения сохраняется. Далее «запускаем» процесс диффузии, в результате которого рассчитываются новые значения концентраций клеток раствора. Весь полный цикл повторяется через равные промежутки времени.

Использую графическую программу, можно изобразить рассматриваемую нами сетку массива соли и положение находящейся внутри нее капли в любой момент времени. Таким образом, становится возможным проследить за изменением формы включения во время движения.

В четвертой главе приводятся результаты теоретического моделирования влияния температурного режима на проницаемость каменной соли.

Расчет температурных характеристик соляного массива в окрестности тепловыделяющего источника. С целью получения оценки температурного распределения в условиях, приближенных к реально возможным в области расположения тепловыделяющего источника начальная температура соляной среды была принята за комнатную {ТО = 20°С); радиус контейнера Л = 5 м, интенсивность излучения Б = 100 Вт/м3, времена хранения до 100 лет. Результаты представлены в виде графика (рис. 1).

90 Т,°С ♦ t до 700 V при F=1000Bm/M3

ВО 70 % I □ □ Г7 □ ♦

60 1 Р

50 -

40 □

30 20 .ЛАЛ/ VT7 ° год □ + щУу/, 10 лет день * Шлет

« От 30 40 50

Рис. 1. Распределение температуры в радиусе 50 м от источника тепла (каверна радиусом 5 м) интенсивностью 100 Вт/м3

Как видно из рисунка, возникающие температуры не превышают 90°С, а максимальный тепловой градиент составляет 0.1 °С на 1 см.

Учитывая тот факт, что температура плавления природной каменной соли порядка 800°С, полученные значения температуры не представляют опасности для потенциальных хранилищ BAO.

Вычисление верхней оиенки скорости движения жидкого включения в кристаллической соли под действием заданного температурного градиента. В табл. 1 представлены некоторые результаты расчетов скоростей движения включений, находящихся на расстоянии 1 м от сферического теплового источника интенсивностью 100 Вт/м3. Начальная температура соли при этом То=58.45°С, тепловой градиент VT=8*10"2°C на 1 см.

Таблица 1. Скорости «одномерного» включения, находящегося в соли на расстоянии 1 м от края (Я=5м)

Размер включения (Ь), см Скорости (см/с) в зависимости от соотношения К1 иК2 Путь Б (см), пройденный включением за время 1

час день год 10 лет 100 лет

0.1 К1=К2 0. 541007*10"10 1.95* 10"7 4.67*10"6 1.71*10"3 1.71*10-2 0.171

К1=5К2 0. 508504* Ю"10 1.83* 10"7 4.39*10"6 1.60*10"3 1.60*10"2 0.160

К1=10К2 0.472983*10"'° 1.70*10"7 4.07*10"6 1.49*10° 1.49*10"2 0.149

0.15 К1=К2 0. 546833*10"'° 1.97*10"7 4.72*10"6 1.72*10"3 1.72*10"2 0.172

К1=5К2 0. 524252*10"10 1.89*10"7 4.53*10"6 1.65*10"3 1.65*10"2 0.165

К1=10К2 0.498520*10"'° 1.79*10'7 4.31 * 10"6 1.57*10° 1.57И0"2 0.157

0.2 К1=К2 0. 549793*10"'° 1.98*10"7 4.75*10"6 1.73*10"3 1.73*10"2 0.173

К1=5К2 0.532498*10"'° 1.92* 10"7 4.60*10"6 1.68* 10"3 1.68*10"2 0.168

К1=10К2 0.512352*10"'° 1.84*10"7 4.43* 10"6 1.62*10"3 1.62*10"3 0.162

Для включений размерами 0.005-0.2 см, находящихся при указанных выше условиях, скорости движения лежат в диапазоне (0.2-0.5)* 10"10 см/с. Полученная зависимость хорошо согласуется с литературными данными. На практике скорости включений могут достигать больших значений, поскольку в реальности возможны более высокие градиенты температуры и напряжения.

Эффекты, наблюдающиеся при движении жидкого включения в кристалле соли под действием градиента температуры. На рисунке показана модель блока поликристаллической соли, содержащего двумерное жидкое включение. Видно, что включение во время движения вытягивается перпендикулярно направлению градиента температуры. Это связано, прежде всего, с возможностью растворения соли на боковых стенках включения. Кроме того, вблизи тыльной стороны наблюдается распад включения на более мелкие объекты. Это обусловлено особенностью происходящего в данной части включения кристаллизационного механизма, который может приводить к разрыхлению соляной породы после прохождения через нее жидкого включения.

(а)

gradT

(б)

(в)

160 140 120 100 ВО 60 40 20 О

О 20 40 60 В0 100 120140 160

О 20 40 60 ВО 100120 140 160

160 140 120 100 80 60 40 20 О

О 20 40 Ю 80 100120 140 160

(г) . . . . --

- Тг ЛЛ ■ -. ■■■■ С- -- - « ■

- -: ---->- Т1 т

~ = ги л: г - "ч т

л. ■--ОГ'КНВ

- —-.ля

"-..— :-. -ч т .-■I —.т- г.чв чв

■—VI11 г-.-:«ш

Рис. 2. (а) Модель блока поликристаллической соли, содержащего двумерное жидкое включение, (б) Моделирование перемещения включения внутри соляного блока под действием температурного градиента, (в) Демонстрация особенностей поведения включения при его перемещении через соляной блок: интенсивное (двумерное) растворение на более разогретой фронтальной и боковых поверхностях, (г) Образование шлейфа из мелких капель вблизи менее нагретой тыльной стороне включения.

В пятой главе содержатся результаты экспериментальных исследований образцов каменной соли.

Расчет кристаллографической текстуры и внутренних термоупругих напряжений образцов каменной соли. Полученные полюсные фигуры исследованных образцов соли (рис. 3) указывают на относительно слабое развитие в образце кристаллографической текстуры.

Тем не менее, текстура имеет место, и, наряду с другими факторами, может влиять на скорость и направление перемещения газо-жидких включений. Важно отметить, что направление и (в меньшей степени)

величина смещений водных включений в этом случае зависят от ориентировки и характера текстуры и могут быть прогнозируемы по результатам обследований массива солей в окрестности хранилища.

Salt (001)

Рис. 3. Полюсная фигура (001) соли. Приведены значения минимальной и максимальной полюсной плотности в единицах хаотического распределения

Для исследований внутренних деформаций в широком температурном диапазоне (20-300°С) в качестве образцов использовались порошки, изготовленные из природной каменной соли того же месторождения. Используя полученные данные, было рассчитано тепловое расширение соли и оценены значения внутренних напряжений, индуцированных температурой. Результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2. Коэффициенты теплового линейного расширения а и вызываемые тепловым расширением решеточные напряжения а (напряжения, которые деформировали бы решетку так же, как подъем температуры от предыдущего значения) в порошке ШС1

г,° с а*10"5, 1/°С о, МПа

50 3.67498 63.39

100 3.73231 107.49

150 3.90209 111.79

200 4.19786 115.86

250 4.45661 118.77

Можно видеть, что деформация решетки при нагреве на 1°С эквивалентна деформации от нагрузки 2.1 - 2.4 МПа. Эти напряжения, в свою очередь, могут создавать градиентные поля механических напряжений, инициирующие перемещение водных включений.

Результаты измерения анизотропии скоростей продольных ультразвуковых волн на образце соли при различных всесторонних давлениях. На рис. 4 изображены полученные в результате ультразвуковых исследований изолинии скоростей упругих волн в образце соли.

Рис. 4. Изолинии скоростей продольных упругих волн в образце соли при всесторонних давлениях 5 МПа, 10 МПа, 20 МПа и 50 МПа, соответственно

Представленная картина согласуется с результатами текстурных исследований и подтверждает тот факт, что соляная порода находится в состоянии достаточно близком к изотропному, а так же свидетельствует о невысокой пористости и трещиноватости. Из чего следует, что эти факторы не являются основными для проницаемости, а роль растворимости и диффузии весьма велика.

Результаты исследования структуры необлученного и облученного электронными пучками образца каменной соли. Поскольку в процессе хранения радиоактивных отходов могут иметь место все виды излучения, то для точного определения радиационной прочности породы необходимо провести большое количество дорогостоящих исследований. В настоящей работе для первоначальной оценки радиационной прочности каменной соли были проведены эксперименты с использованием электронных пучков.

Исследования проводились на ускорителе МИГ-1 (в ННЦ «ХФТИ», г. Харьков). Облучению подвергались два типа образцов каменной соли (NaCl и NaClpink), отличающихся количеством содержащихся в них примесей металлов, что существенно не влияет на их физические свойства.

Экспериментальные структурные исследования с необлученным и облученным образцами каменной соли были проведены на автоматическом рентгеновском дифрактометре в лаборатории рентгеноструктурного анализа института Кристаллографии им. A.B. Шубникова РАН (г. Москва). Полученные спектры для одного из исследуемых образцов соли приведен на

10 20 30 40 50 60

Рис. 5. Рентгеновский спектр необлученного и облученного образца соли первого типа (ТЯаС1)

В результате обработки экспериментальных данных были рассчитаны структурные параметры галоидных пород, находящихся в двух состояниях: естественном и подверженном облучению быстрыми электронами. Полученные значения представлены в табл. 3.

Таблица 3. Параметр кристаллической решетки (а, А) необлученных и облученных

образцов каменной соли

Название образца каменной соли NaCI NaCl RAD NaClpink NaClpink RAD

а, А (параметр кристаллической решетки соли) 5.64782±0. 00021 5.64812±0. 00016 5.64797±0. 00019 5.64522±0. 00017

Таким образом, облученные образцы соли имеют отличные от естественных параметры кристаллической решетки. Причем наблюдаемые изменения различны для двух типов соляных пород. В первом случае межплоскостные расстояния увеличиваются, а во втором, наоборот, уменьшаются. Однако можно утверждать, что оба рассмотренных типа поведения структуры свидетельствуют о появлении в соли после облучения внутренних кристаллических напряжений.

Глава 6 посвящена обсуждению результатов.

Раннее многими исследователями детально изучались, независимо друг от друга, два механизма проницаемости кристаллических горных пород -трещинно-пористый и «градиентный». В данной работе впервые был выполнен комплекс исследований, направленных на оценку величины проницаемости соляного массива, осуществляемой посредством двух возможных механизмов, а именно, движение по трещинам и порам и процесс перемещения жидких включений породы под действием движущей силы (градиентные поля температуры и напряжения).

Существует крайне мало работ по изучению структуры и текстуры солей с помощью нейтронографии. В представленной работе для исследований соляной породы был выбран именно этот метод, как наиболее эффективный. Анализ полученных данных о кристаллографической текстуре показал, что галоидную породу можно считать слабо анизотропной (при отсутствии ярко выраженной ориентированной трещиноватости).

Полученная в результате ультразвуковых исследований карта изолиний скоростей упругих волн в образце соли согласуется с результатами текстурных исследований и подтверждает тот факт, что соляная порода находится в состоянии достаточно близком к изотропному, а так же свидетельствует о невысокой пористости и трещиноватости. Из чего следует, что эти факторы не являются основными для проницаемости, а роль растворимости и диффузии весьма велика.

Все существующие на данное время модели проницаемости являются гидромеханическими моделями и не учитывают физические процессы, возникающие при взаимодействии флюида с твердой средой. Поэтому важно развивать теорию и математическое моделирование, учитывающие физические эффекты, такие как растворение, диффузия, осаждение, кристаллизация и т.д. По этой причине в данной работе главное внимание уделено теоретическому моделированию процесса перемещения частицы флюида через кристаллическое тело под действием температурных градиентов.

Расчет температурных характеристик среды вблизи предполагаемого хранилища BAO показал, что при мощности излучения до 100 Вт/м3 и начальной температуры среды 20°С максимальные температуры не превышают 90°С, а максимальный тепловой градиент при этом составляет 0.1 °С на 1 см. В условиях полученного температурного распределения вычислены максимальные скорости перемещения жидких включений. Они составляют около 1.7*10"3 см/год. Кроме того, для проверки достоверности примененного численного метода расчетов он был использован для выявления основных закономерностей перемещения включений. Установленные зависимости: увеличение скорости движения включений с ростом их размеров; вытягивание включений в процессе их перемещения вдоль направления, перпендикулярного тепловому градиенту; отщепление от включений с тыльной стороны более мелких объектов, - также согласуются с поведением включений, наблюдаемым на практике. Последнее может свидетельствовать о появлении нарушений (дефектов различных размеров) кристаллической решетки соли после прохождения жидкого включения.

Экспериментально получены оценки внутренних напряжений соляной среды при различных тепловых условиях. Так, при изменении температуры от 50 до 250 °С решеточные напряжения меняются в диапазоне 63-119 МПа.

Кроме того, исследованы структурные изменения кристаллической решетки образцов соли до, и после облучения пучками быстрых электронов, которые указали на появление в результате воздействия излучения дополнительных решеточных напряжений. В свою очередь, эти напряжения будут влиять на перераспределение механических градиентных полей, их локализацию или дезинтеграцию.

Таким образом, максимальные скорости движения включений в случае высоких значений градиентов температур и напряжений могут быть значительной величины и представлять опасность повреждения стенок захоронения РАО.

Суммируя результаты проведенных в работе исследований, можно прийти к следующему заключению. При планировании размещения хранилищ РАО в соляных горных выработках, необходимо оценить степень и ориентацию трещиноватости породы, тепловые характеристики, а также размеры и концентрацию присутствующих в породе жидких включений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. С помощью нейтронно-дифракционных методов проведены структурные в широком температурном диапазоне и текстурные исследования образцов природной каменной соли Соликамского месторождения. Полученные экспериментальные данные позволили вычислить характерную для данного типа породы температурную зависимость внутренних решеточных напряжений: 107 МПа (100 °С) -119 МПа (300 °С). Данные напряжения создают в среде градиентные поля, инициирующие перемещение жидких включений вдоль породы по направлению к теплоизлучающему источнику (потенциальному хранилищу РАО). Кроме того, определенная текстура образцов свидетельствует о слабой степени анизотропии данного типа породы. По этой причине, направление движения жидких включений будет определяться ориентацией присутствующих трещин и направлениями градиентных полей.

2. Ультразвуковые исследования, проведенные на сферических образцах соли при повышенных давлениях показали, что данный образец обладает слабой трещиноватостью и пористостью, из чего следует, что основным механизмом проницаемости соли является движение присутствующих в породе жидких включений под действием градиента температур и напряжений.

3. Проведена оценка степени воздействия электронного излучения на структуру каменной соли. Выполнены рентгенографические структурные исследования галоидных кристаллических образцов, находящихся в двух состояниях: в естественном и после процесса облучения электронами на ускорителе. Установлены различия в значениях структурных параметров образцов, что свидетельствует о появлении в породе после облучения дополнительных внутрикристаллических напряжений.

4. Разработана теоретическая модель процесса перемещения жидкого включения через соляную матрицу, находящуюся в градиентном тепловом поле. Получена теоретическая оценка максимальных скоростей движения жидких включений в монокристалле №С1 под действием градиента температур, создаваемого радиоактивным источником. Для включений размерами 0.005-0.2 см, находящихся на расстоянии порядка 1 м от стенки хранилища при интенсивности излучения 100 Вт/м3 (начальная температура раствора включения при этом составляет 58.45°С, постоянный внешний тепловой градиент 0.08 °С на 1 см) скорости движения лежат в диапазоне (0.2-0.5)* Ю"10 см/с. При этом скорость перемещения включения увеличивается с ростом его размеров.

свидетельствует о появлении нарушений (дефектов различных размеров) кристаллической решетки соли после прохождения жидкого включения.

6. При планировании размещения хранилищ РАО в соляных горных выработках, необходимо оценить степень и ориентацию трещиноватости породы, тепловые характеристики, а также размеры и концентрацию присутствующих в породе жидких включений.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Никитин А.Н., Кулаковский А.Л., Родкин М.В., Юрченко O.A., Иванкина Т.Н., Васин Р.Н. О некоторых механизмах проницаемости горных пород в связи с геоэкологической безопасностью хранилищ BAO // Геофизические исследования. - 2006. Вып. 6. - С. 85-95.

2. Никитин А.Н., Почепцова О. А., Маттис 3. Учет тепловых и транспортных свойств кристаллической соли при проектировании хранилищ радиоактивных отходов в галоидных формациях // Кристаллография. - 2010. -Т. 55, №3,-С. 471-479.

3. Почепцова O.A., Маттис З.Р., Никитин А.Н. Тепловые и транспортные особенности галоидных горных пород, возникающие вблизи размещённого в них радиоактивного источника // Научные ведомости Белгородского государственного университета. - 2009. - № 5(60), вып. 16. -С. 111-123.

4. Никитин А.Н., Родкин М.В., Юрченко O.A., Иванкина Т.И., Васин Р.Н. К вопросу об экологической безопасности захоронений BAO // Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле: Седьмая международная конференция. Борок, 25-26 сентября 2006 г. - М.: ГЕОХИ, ИФЗ, 2006. - С. 53-55.

5. Юрченко O.A., Никитин А.Н., Маттис 3. Теоретические и экспериментальные исследования процессов и свойств, влияющих на проницаемость потенциальных хранилищ РАО // XII научная конференция молодых ученых и специалистов ОИЯИ, Дубна, 2008.

6. Юрченко O.A., Маттис З.Р., Никитин А.Н. Тепловые и транспортные особенности галоидных горных пород, возникающие вблизи размещенного в них радиоактивного источника // XIII научная конференция молодых ученых и специалистов ОИЯИ, Дубна, 2009.

Подписано в печать 01.08.2011. Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 162. Оригинал-макет подготовлен и тиражирован в ИПК НИУ «БелГУ» 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Почепцова, Ольга Александровна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЗАХОРОНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В КАМЕННОЙ СОЛИ (литературный обзор)

1.1 Захоронение радиоактивных отходов в горных породах

1.1.1. Сравнение изоляционных свойств магматических, метаморфических и осадочных пород при высоких температурах и давлениях

1.2.Барьерные свойства соляных формаций

1.3. Механизм перемещения включений в кристалле соли во внешних градиентных полях

1.3.1. Движение жидкого включения в монокристалле в поле градиента механических напряжений

1.3.2. Движение газожидких включений в кристалле в поле температурного градиента

1.3.3. Перемещение жидких включений в кристалле соли при наличии температурного градиента

1.4. Влияние кристаллографической текстуры горных пород на анизотропию изоляционных свойств

1.4.1. Кристаллографическая текстура. Текстура формы

1.4.2. Основные типы кристаллографических текстур

1.5. Обоснование цели и задач исследования

Глава 2. НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ И ТЕХНИКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ СВОЙСТВ КАМЕННОЙ СОЛИ

2.1. Экспериментальные методы исследования кристаллографической текстуры и решеточных термоупругих напряжений галоидной горной породы с помощью дифракции нейтронов на импульсном реакторе ИБР

2.2.1. Спектрометр для количественного анализа текстур (СКАТ)

2.2.2. Фурье-дифрактометр высокого разрешения (ФДВР)

2.2. Экспериментальный метод измерения анизотропии скоростей ультразвуковых волн на сферическом образце

Глава 3. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ И ТРАНСПОРТНЫХ СВОЙСТВ

КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД

3.1. Температурные свойства соляной породы

3.2. Численный метод исследования транспортных свойств кристаллической соляной породы 41 Выводы по главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ КАМЕННОЙ СОЛИ (№С1)

4.1. Расчет температурных характеристик соляного массива в окрестности тепловыделяющего источника

4.1.1. Решение задачи в одномерном представлении

4.1.2. Расчет температурного распределения в пространстве

4.2. Вычисление верхней оценки скорости движения жидкого включения в кристаллической соли под действием заданного температурного градиента

4.3. Особенности движения жидкого включения в кристалле соли под действием градиента температуры 55 Выводы по главе

Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗЦОВ КАМЕННОЙ СОЛИ

5.1. Результаты экспериментального исследования кристаллографической текстуры и внутренних термоупругих напряжений соляных образцов

5.2. Результаты измерения анизотропии скоростей ультразвуковых волн на образцах соли при различных давлениях

5.3 Моделирование радиационных превращений в солях

5.3.1. Эксперимент с использованием ускорителя

5.3.2. Результаты исследования структуры необлучснных электронными пучками образцов каменной соли

Выводы по главе

ГЛАВА 6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Введение диссертация по физике, на тему "Изоляционные свойства и механизмы проницаемости кристаллической соли"

Актуальной и неотложной проблемой является безопасное длительное хранение и утилизация радиоактивных отходов (РАО) атомной энергетики в местах, где они не будут представлять опасности для людей и окружающей среды. Принципиально важным моментом является разработка научно обоснованных предельно допустимых критериев оценки состояния природной среды, при которых обеспечивается геоэкологическая безопасность на длительный срок (сотни лет) существования хранилищ и захоронений высокорадиоактивных отходов (BAO) и отработанного ядерного топлива (ОЯТ).

Главное требование к объектам хранения РАО - обеспечение надежной изоляции радионуклидов на период их потенциальной радиобиологической опасности. А в случае захоронения BAO этот период составляет десятки, сотни лет. Столь продолжительный срок устойчивой защиты окружающей среды может достигаться за счет мульти-барьерных систем, которые включают комплекс инженерных сооружений (контейнеров и т.д.) и вмещающие их породы (геологический барьер). Мульти-барьерная защита окружающей среды (согласно рекомендациям МАГАТЭ) требует сохранения изоляционных свойств в породах, подверженных длительному воздействию горного давления свыше 50 МПа, температуры до 300°С. В научной литературе широко освещается тематика, нацеленная на поиск наиболее подходящих горных пород, пригодных для строительства хранилищ. По результатам сравнения барьерных свойств разных типов горных пород некоторые авторы приходят к мнению, что одними из предпочтительных горно-геологических объектов являются кристаллические галоидные формации [98].

Каменная соль обладает высокой теплопроводностью, что позволит быстро отводить тепло от разогретого захоронения. Кроме того, под давлением мощных толщ вышележащих горных пород она становится высокопластичным материалом, что способствует залечиванию возникающих под действием высоких температур и давлений трещин, дефектов и нарушений. И наконец, соляная порода является одной из наиболее доступных, на разных континентах существует большое количество геологических формаций с отработанными соляными шахтами.

При оценке изоляционных характеристик среды важную роль играют процессы миграции содержащихся в ней жидких и газожидких флюидов. Тип и скорость течения флюида зависят от физико-химических свойств пород, прежде всего, от их растворимости. Важнейшей характеристикой этих свойств является проницаемость. Этот параметр количественно определяет изоляционные свойства среды.

Исследованию проницаемости горных пород посвящено большое количество зарубежных и отечественных теоретических и экспериментальных работ. Авторами - [36, 37, 73 и др.] достаточно подробно изучен процесс флюидопроницаемости среды, обусловленный наличием в ней свободного пространства, представленного порами и трещинами. Это основной механизм проницаемости трещино-пористой среды. Он основан на представлении, что движение флюида осуществляется как по трещинам, так и через поры; флюиды по пути своего движения периодически переходят из трещинных каналов в свободное (поровое) пространство вмещающих пород и наоборот. Этими же авторами было исследовано влияние расположения трещин на проницаемость трещинно-пористой среды. Были получены численные решения задачи фильтрации для моделей среды с регулярной системой параллельных не сообщающихся трещин [36, 37]. В частности, было показано, что значения эффективной проницаемости для шахматного и коридорного расположения трещин можно рассматривать как соответственно верхнюю и нижнюю границы интервала оценочных значений проницаемости трещинно-пористой среды. Кроме того, упомянутыми авторами были разработаны экспериментальные методы для измерения проницаемости среды. В монографии [73] приведены результаты исследований трещинопористой проницаемости горных пород при температурах до 600°С и эффективных давлениях до 200 МПа.

В работах - [77, И, 12, 524, 96 и др.] исследовался другой физический механизм проницаемости, характерный для хорошо растворимых в воде кристаллических пород, находящихся во внешних тепловых градиентных полях. Данный механизм заключается в том, что жидкое включение самопроизвольно перемещается в кристалле в более нагретую его область. Это связано с растворением вещества кристалла на разогретой границе включения и его осаждением на противоположной стороне. Указанными авторами было проведено большое количество экспериментов по наблюдению процессов перемещения включений. В частности, ими установлено, что водные пузырьки с характерными размерами около 50 мкм, находящиеся в кристалле соли, перемещаются в поле с градиентом температуры 10-100 град/см со скоростями в интервале нескольких сантиметров в год. Кроме того, в работах - [77, 13, 96] на основании опытных наблюдений были установлены некоторые закономерности рассматриваемых процессов движения включений:

- чем больше размер включения, тем выше скорость его движения;

-движущееся включение деформируется в направлении, перпендикулярном тепловому градиенту;

- со временем включение с тыльной стороны (менее нагретой) начинает распадаться на более мелкие частицы, или большие капли* делятся на несколько маленьких.

Также экспериментально наблюдался процесс перемещения жидкого включения в кристалле в поле созданных в нем сжимающих напряжений [15].

В окрестности подземного хранилища РАО неизбежно будут возникать области повышенных температур и механических напряжений. В этих условиях следует ожидать и рост трещиноватости породы. Все это дает предпосылки для учета процессов движения содержащихся в соляной среде жидких включений, осуществляемого по двум рассмотренным механизмам проницаемости, т.е. можно ожидать преимущественного перемещения включений в сторону стенок хранилища. В случае нарастания потока включений они могут со временем сконцентрироваться в местах расположения тепловыделяющих контейнеров с отходами и способствовать обрушению стенок захоронения [39].

На данном этапе весьма актуально оценить изоляционные свойства галоидной горной породы вблизи расположения подземного хранилища РАО. При этом необходимо учесть величину проницаемости соляной породы, осуществляемой посредством двух возможных механизмов: движение включений по трещинам и порам и появление дополнительного перемещения жидких включений вдоль кристалла под влиянием градиента температуры и/или напряжения.

Основные цели и задачи работы

Для ее достижения был поставлен ряд задач:

Задача 1: Определить структурные и текстурные параметры образцов каменной соли методом нейтронной дифракции; оценить степень анизотропии образцов; получить и проанализировать температурные зависимости внутренних решеточных напряжений соляной породы с помощью рассеянных нейтронов.

Задача 2: Измерить анизотропию скоростей продольных ультразвуковых волн на сферических образцах соли при повышенных давлениях и оценить трещиноватость породы.

Задача 3: Рентгенографически исследовать изменения параметров решетки образцов каменной соли после облучения сильноточными электронными пучками и оценить степень радиационного влияния излучения на соляную породу.

Задача 4: Рассчитать тепловые характеристики (значения температур и тепловых градиентов) соляной породы, возникающие в окрестности теплоизлучающего источника (захоронения РАО).

Задача 5: Теоретически оценить максимально возможные скорости движения жидких включений в солях под действием градиента температуры. Исследовать основные особенности этого движения. Задача 6: На основе анализа полученных данных дать заключение и рекомендации по строительству хранилищ РАО в галоидных горных массивах.

Объекты исследования

В качестве объектов исследования использовались образцы природной каменной соли Соликамского месторождения, представленные в виде порошка (для - структурных исследований), сферических объектов диаметром 50 мм (для ультразвуковых и нейтронографических) и пластинок (для рентгенографических и ускорительных исследований свойств материала).

Методы исследования

Теоретические исследования осуществлялись численными методами. Для основных расчетов использовались уравнения математической физики: теплопроводности и диффузии. Экспериментальные решения поставленных задач были получены с помощью методов нейтронографии (дифракции тепловых нейтронов), лучевого акустического зондирования, ускорительной техники, а также рентгеноструктурного анализа.

Научная новизна

Впервые произведен учет проницаемости кристаллической соляной горной породы, осуществляемой посредством двух возможных механизмов: движение включений по трещинам и порам и появление дополнительного перемещения жидких включений вдоль кристалла под влиянием градиента температуры и напряжения.

С целью получения более полного представления об изоляционных свойствах соляной породы впервые проведены комплексные нейтронографические структурные и текстурные, рентгенографические и ультразвуковые измерения образцов кристаллической галоидной породы, а также моделирование радиационных воздействий на данный материал.

Разработан алгоритм для расчета тепловых (значений температур и тепловых градиентов) и транспортных (максимально возможные скорости движения жидких, включений и его основные особенности) характеристик кристаллической галоидной горной породы.

Научная и практическая значимость работы

Основные положения, выносимые на защиту

•Результаты нейтронно-дифракционных структурных и текстурных исследований образцов природной каменной соли Соликамского месторождения. Расчет температурной зависимости в широком интервале температур (20-300 °С) внутренних решеточных напряжений.

•Теоретическая модель процесса перемещения макроскопического жидкого включения через соляную матрицу, находящуюся в градиентном тепловом поле и проведенная в рамках модели количественная оценка транспортных свойств каменной соли. Доказательства увеличения скорости перемещения включения с ростом его размера, формоизменения (вытягивание включения в поле градиента температуры) и распада включения на более мелкие части.

Апробация работы и публикации

Материалы диссертации опубликованы в следующих научных журналах: Никитин А.Н., Кулакоеский A.JI., Родкин М.В., Юрченко O.A., Иванкина Т.И., Васин Р.Н. О некоторых механизмах проницаемости горных пород в связи с геоэкологической безопасностью хранилищ BAO. //Геофизические исследования. 2006, в. 6, с. 85-95;

Никитин А. Н, Почепцова О. А., Маттис 3. Учет тепловых и транспортных свойств кристаллической соли при проектировании хранилищ радиоактивных отходов в галоидных формациях. // Кристаллография. 2010, том 55, № 3, с. 471-479;

Почепцова O.A., Маттис З.Р., Никитин А.Н. Тепловые и транспортные особенности галоидных горных пород, возникающие вблизи размещённого в них радиоактивного источника// Научные Ведомости Белгородского государственного университета. 2009, №5(60), вып. 16, с. 111-123.

Достоверность результатов

Благодарности

Автор выражает глубокую благодарность и признательность за доброжелательное отношение, а также за помощь в проведении исследований и подготовке диссертации А.Н. Никитину, 3. Маттизу, Р. Васину и многим другим сотрудникам лаборатории нейтронной физики ОИЯИ, а также заведующему кафедрой общей и прикладной физики НИУ «БелГУ» И.Е. Внукову.

Структура диссертации

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

Экспериментально получена зависимость внутренних напряжений образца соли от температуры. Так, при изменении температуры от 50 до 250°С решеточные напряжения меняются в диапазоне 63-119 МПа. В свою очередь, эти напряжения будут влиять на перераспределение механических градиентных полей, их локализацию или дезинтеграцию.

Проведен нейтронографический текстурный анализ образца каменной соли. Полученные полюсные фигуры указывают на относительно слабое развитие в образце кристаллографической текстуры. Измеренные скорости ультразвуковых волн подтверждают тот факт, что соляная порода находится в состоянии достаточно близком к изотропному, а так же свидетельствуют о невысокой пористости и трещиноватости.

Рассчитаны структурные параметры образцов соли, находящихся в двух состояниях (естественном и подверженном облучению электронами). Облученные образцы соли имеют отличные параметры кристаллической решетки. Можно предположить, что данные структурные отличия свидетельствуют о появлении в соли после облучения дополнительных внутренних кристаллических напряжений.

Для оценки максимальных значений скоростей движения включений в соляных формациях необходим совместный учет реальных градиентов температур и напряжений в породе.

Глава 6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Раннее были детально изучены, независимо друг от друга, два механизма проницаемости кристаллических горных пород — трещинно-пористый [37, 38, 73, 77 и др.] и «градиентный» [11, 12, 53, 96 и др.].

При практических оценках проницаемости трещинно-пористых сред [56] предполагается, что влияние трещиноватости на проницаемость описывается в основном тремя параметрами: ориентацией трещин, средней величиной их раскрытия и плотностью (объемной концентрацией) трещиноватости, которая полностью определяется по величине трещинной пористости, т.е. объемом трещинного пространства в единице объема горных пород. Кроме того, установлено, что значения проницаемости для шахматного и коридорного расположения трещин можно рассматривать как соответственно верхнюю и нижнюю границы интервала оценочных значений проницаемости трещинно-пористой среды [38].

Эксперименты по наблюдению движения жидких включений в кристаллических породах при наличии внешних градиентных полей [11, 12, 15, 53, 77, 96] позволили рассчитать возможные скорости и выявить основные закономерности этого движения. Так, при больших температурных градиентах (до • 100 град/см) перемещения могут достигать нескольких сантиметров в год.

В данной работе впервые был выполнен комплекс исследований, направленных на оценку величины проницаемости соляного массива, осуществляемой посредством двух возможных механизмов.

Кроме того, полученные теоретические и экспериментальные данные могут позволить объединить в качественную модель два физических механизма проницаемости растворимых пород, а именно, движение по трещинам и порам и процесс перемещения жидких включений породы под действием движущей силы (градиентные поля температуры и напряжения).

Существует крайне мало работ по изучению структуры и текстуры солей с помощью нейтронографии. В представленной работе для исследований породы был выбран именно этот метод, как наиболее эффективный. Анализ полученных данных о кристаллографической текстуре показал, что галоидную породу можно считать слабо анизотропной (при отсутствии ярко выраженной ориентированной трещиноватости).

Для определения динамики движения флюидов, присутствующих в породе, недостаточно применения классических физических методов. Поэтому в данной работе было использовано экспериментальное моделирование изменения барьерных свойств солей, в частности, при радиационных воздействиях, влекущих сильный разогрев геоматериалов.

Существует большое количество математических моделей сред, пористость и проницаемость которых может быть найдена аналитически или численными методами. Самыми простыми и наглядными являются капиллярные модели [73]. Простейшая из них представляет собой пористую среду пучком прямых капилляров с постоянным диаметром. Проницаемость в этом случае определяется по формуле: = (6.1) 128 }

Где 5 - средний диаметр капилляров.

Развитием модели прямых капилляров является переход к моделям параллельного типа [73]. В них учитывается фильтрация по всем трем направлениям декартовых координат и имеется возможность задавать вариации диаметров капилляров. Пористую среду представляют в виде трех взаимно перпендикулярных, но не пересекающихся между собой групп капилляров, каждый из которых параллелен соответствующей оси координат. Если задано распределение диаметров капилляров а(3), выражение для проницаемости модели имеет вид: со

6.2) о

В серийных моделях [73] поровые каналы составлены из нескольких, соединенных последовательно капилляров различного диаметра. Методика вывода выражения для проницаемости аналогична.

В основе концепции теории гидравлического радиуса лежит замена реальной пористой среды некоей средой эквивалентной по проницаемости и состоящей из серии каналов. Так как проницаемость имеет размерность длины в квадрате, было принято допущение, что длина является характеристикой пористой среды. Характеристическая длина, существующая в эквивалентной среде, получила название гидравлического радиуса.

В основе теории эффективной среды также лежит замена реальной неоднородной пористой среды искусственной однородной. Модель строится таким образом, чтобы интегральные проницаемость и проводимость искусственной среды были равны соответственно проницаемости и проводимости реальной породы. Такая замена мотивирована тем, что проницаемость однородной среды может быть легко найдена аналитическими методами.

Для описания пороговых эффектов, возникающих при течении флюидов через малопроницаемые неоднородные пористые среды применяется теория перколяции. В настоящее время модели, основанные на аппарате теории перколяции, широко применяются в геологии. Детально положения этой теории изложены в следующей работе: [71].

Сеточные модели принадлежат к методам, которые позволяют получить достаточно надежные зависимости между распределениями раскрытия флюидолроводящих каналов, пористостью и проницаемостью. Концепция сеточных моделей основана на математической аналогии законов Ома и Дарси. Суть подхода состоит в том, чтобы определять параметры фильтрационного потока через их электрические аналоги. Для исследований используют лиюл физические, либо компьютерные модели. Эти модели представляют собой сетки различной формы, собранные из электрических сопротивлений. С развитием компьютерной техники принцип построения сетей сопротивлений стал широко использоваться в численном моделировании.

Все рассмотренные модели проницаемости являются гидромеханическими моделями и не учитывают физические процессы, возникающие при взаимодействии флюида с твердой средой. Поэтому важно развивать теорию и математическое моделирование, учитывающие физические эффекты, такие как растворение, диффузия, осаждение, кристаллизация и т.д. По этой причине в данной работе главное внимание уделено теоретическому моделированию процесса перемещения частицы флюида через кристаллическое тело под действием температурных градиентов.

Расчет температурных характеристик среды вблизи предполагаемого хранилища BAO показал, что при мощности о излучения до 100 Вт/м и начальной температуры среды 20°С максимальные температуры не превышают 90°С, а максимальный тепловой градиент при этом составляет 0.1 °С на 1 см. В условиях полученного температурного распределения вычислены максимальные скорости перемещения жидких включений. Они составляют около 1.7*10" см/год. Данные значения сопоставимы со скоростями, наблюдаемыми в экспериментах. Кроме того, для проверки достоверности примененного численного метода расчетов он был использован для выявления основных закономерностей перемещения включений. Установленные зависимости: увеличение скорости движения включений с ростом их размеров; вытягивание включений в процессе их перемещения вдоль направления, перпендикулярного тепловому градиенту; отщепление от включений с тыльной стороны более мелких объектов, — также согласуются с поведением включений, наблюдаемым на практике. Последнее может свидетельствовать о появлении- нарушений (дефектов различных размеров) кристаллической решетки соли после прохождения жидкого включения.

Кроме того исследованы структурные изменения кристаллической решетки образцов соли до и после облучения пучками быстрых электронов, которые указали на появление в результате воздействия излучения дополнительных решеточных напряжений. В свою очередь, эти напряжения будут влиять на перераспределение механических градиентных полей, их локализацию или дезинтеграцию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулируем основные выводы работы:

1. С помощью нейтронно-дифракционных методов проведены структурные в широком температурном диапазоне и текстурные исследования образцов природной каменной соли Соликамского месторождения. Полученные экспериментальные данные позволили вычислить характерную для данного типа породы температурную зависимость внутренних решеточных напряжений: 107 МПа (100 °С) - 119 МПа (300 °С). Данные напряжения создают в среде градиентные поля, инициирующие перемещение жидких включений вдоль породы по направлению к теплоизлучающему источнику (потенциальному хранилищу РАО). Кроме того, определенная текстура образцов свидетельствует о слабой степени анизотропии данного типа породы. По этой причине, направление движения жидких включений будет определяться ориентацией присутствующих трещин и направлениями градиентных полей.

4. Разработана теоретическая модель процесса перемещения жидкого включения через соляную матрицу, находящуюся в градиентном тепловом поле. Получена теоретическая оценка максимальных скоростей движения жидких включений в монокристалле ЫаСЬ под действием градиента температур, создаваемого радиоактивным источником. Для включений размерами 0.005-0.2 см, находящихся на расстоянии порядка 1 м от стенки хранилища л при интенсивности излучения 100 Вт/м (начальная температура раствора включения при этом составляет 58.45°С, постоянный внешний тепловой градиент 0.08 °С на 1 см) скорости движения лежат в диапазоне (0.2-0.5)* 10" 10 см/с. При этом скорость перемещения включения увеличивается с ростом его размеров.

5. С помощью численных методов выявлены аналогичные наблюдающимся на практике особенности движения включений в кристаллической породе под действием градиента температур: вытягивание включений в направлении перпендикулярном градиенту температуры, а также его распад с тыльной стороны на более мелкие части. Это свидетельствует о появлении нарушений (дефектов различных размеров) кристаллической решетки соли после прохождения жидкого включения.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Почепцова, Ольга Александровна, Белгород-Дубна

1. Аксенов В. Л. Импульсные реакторы для нейтронных исследований. // ЭЧАЯ. 1995. Т. 26. №6. С. 1449-1474.

2. Аксенов В.Л., Балагуров A.M. Времяпролетная нейтронная дифрактометрия. // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. №9. С. 955-985.

3. Александров Ю.А., Шарапов Э.И., Чер Л. Дифракционные методы в нейтронной физике. М.: Энергоиздат, 1981. 216 с.

4. Беляев А.М, Иванюкевич Г.А., Куриленко В.В., Хайкович И.М. Радиоэкология. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2003.

5. Бери Л., Мейсон Б., Дитрих Р. Минералогия. М.: Мир, 1987. 592с.

6. Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г. Эволюция микроскопических трещин и пор в нагруженных твердых телах. // ФТТ. 2005. Т. 47. №5. С. 801 -807.

7. Брайен Д. О. и др. Взаимодействие импульсных СО- и С02-лазеров с горными породами, характерными для нефтяных месторождений. I. Вынос вещества и импульс отдачи // ФиХОМ. 2004. №2. С. 16-26.

8. Бэкон Дж. Дифракция нейтронов. М.: Изд-во ин. лит-ры, 1957. 256с.

9. Воробьев A.A. Механические и тепловые свойства щелочно-галоидных монокристаллов. // М.: высшая школа, 1968, 272 с.

10. Гегузин Я.Е., Дзюба A.C., Кружанов B.C. Исследование поведения жидких включений в кристалле в поле температурного градиента. //Кристаллография, Наука, 1975, т. 20, вып. 2, с. 383-391.

11. Гегузин Я.Е., Дзюба A.C., Кружанов B.C. Движение газожидких включений в кристалле в поле температурного градиента. //Кристаллография, Наука, 1978, т.23, вып. 4, с. 880-882.

12. Гегузин Я.Е., Дзюба A.C., Кружанов B.C. О потере устойчивости формы жидкого включения, движущегося в ионном кристалле в поле температурного градиента. // УФЖ, 1975, т. 20, вып. 3, с. 488-491.

13. Гегузин Я.Е., Кривоглаз М.А. Движение макроскопических включений в твердых телах. // М.: Металлургия, 1971, 344с.

14. Гегузин Я.Е., Кружанов B.C. Движение жидкого включения в монокристалле в поле градиента напряжений. // Кристаллография, Наука, 1979, т.24, вып. 4, с. 886-888.

15. Гегузин Я.Е., Симеонов С.С., Мостовой В.М. Движение макроскопических включений в кристаллах в поле градиента температуры.//ФТТ, 1971, т.13, вып. 1,с. 100-106.

16. Гегузин Я.Е. Механизмы и кинетика преобразования формы включений в кристаллах (В кн. Проблемы современной кристаллографии). //М.: Наука, 1975, с. 110-127.

17. Голубов Б.Н. Последствия техногенной дестабилизации недр Астраханского газоконденсатного месторождения в зоне подземных ядерных взрывов/ Геоэкология, 1994, №4, с. 25-42.

18. Гуревич И.И., Тарасов JI.B. Физика нейтронов низких энергий. М.: Наука, гл. ред. физ.-мат. лит., 1965. 608 с.

19. Дашко Р.Э. Особенности инженерно-геологического и геоэкологического изучения и оценки глинистых пород как среды захоронения радиоактивных отходов. /Сергеевские чтения №7, 2005, ГЕОС, 233-240.

20. Еремин Н.И. Неметаллические полезные ископаемые. М.: Академкнига, 2007. 459 с.

21. Захоронение радиоактивных отходов. Принципы, критерии и основные требования безопасности НП-055-04. Вестник Госатомнадзора России, №3, 2004, 62-81.

22. Иванкина Т.И., Никитин А.Н., Замятина Н.В. и др. Анизотропия архейских амфиболитов и гнейсов из разреза Кольской сверхглубокой скважины по данным нейтронографического текстурного анализа. // Физика Земли. 2004. №4. С. 1-14.

23. Иванкина Т.П., Никитин A.Ii., Телепнев A.C. и др. Влияние температуры и длительного механического теплового напряжения на деформационные, тепловые и текстурные характеристики мрамора. // Физика Земли. 2001. №1. С. 50-63.

24. Калинин В.А., Родкин М.В., Томашевская И.С. Геодинамические эффекты физико-химических превращений в твердой среде. / М., Наука, 1989, 158с.

25. Казаков А.Н. Динамический анализ микроструктурных ориентировок минералов. Л.: Наука, 1987. 272 с.

26. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел // М.: Наука, 1964, 488с.

27. Каштанов В. В., Сапрыкин А. В. Генерация мощных электрических импульсов // Теор. физика. 2007. №8. С. 188-200.

28. Кириллов A.C., Хайнитц Й. Визуальный экспресс-анализ экспериментальных данных в процессе измерения на спектрометрах НСВР и СКАТ. // Сообщения ОИЯИ. Р13-97-219. Дубна. 1997а. 12 с.

29. Кириллов A.C., Хайнитц Й. Интерпретация процедуры эксперимента в программном комплексе систем накопления, управления и контроля спектрометров НСВР и СКАТ (задача JOIN). // Сообщения ОИЯИ. Р13-97-161. Дубна. 19976. 12 с.

30. Лаверов Н.П., Омельченко В.И., Величкин В.И. Геоэкологические аспекты проблемы захоронения радиоактивных отходов. /Геоэкология, 1994, №6, 3-20.

31. Лозовский В.Н., Попов В.П., Малибашева Л .Я. Форма жидких включений, движущихся в твердых телах. // ФТТ, 1975, т. 17, №7, с. 19031906.

32. Лопатин В.В., Камнев E.H. Подземное захоронение РАО// Атомная стратегия. 2004. № 1.

33. Мальковский В.И., Пэк A.A. Проницаемость трещинно-пористой среды с регулярной системой параллельных несообщающихся трещин. // Петрология, Наука, 1994, т. 2, №6, с. 646652.

34. Мальковский В.И., Пэк A.A. Влияние несвязанной трещиноватости на среднюю проницаемость пород при регулярном коридорном расположении несообщающихся трещин. // Петрология, Наука, 2005, т. 13, №2, с. 207-212.

35. Никитин А.Н., Кулаковский A.JI., Родкин М.В., Юрченко O.A., Иванкина Т.И., Васин Р.Н. О некоторых механизмах проницаемости горных пород в связи с геоэкологической безопасностью хранилищ BAO. // Геофизические исследования. 2006, в. 6, с. 85-95.

36. Никитин А.Н., Иванкина Т.И. Нейтронография в науках о Земле. Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2004, т. 35, вып.2, с. 348- 407.

37. Никитин ■ А.Н. Образование пьезоэлектрических текстур в кварцсодержащих горных породах. // Физика Земли. 1996. №10. С. 15-21.

38. Никитин А.Н., Архипов И.К. Моделирование текстурообразования в кварцсодержащих породах при температуре фазового перехода. // Физика Земли. 1992. №12. С. 29-40.

39. Никитин А.Н., Иванкина Т.И., Успенская А.Б. Состояние и перспективы использования пьезоэлектрических свойств горных пород в геологии и геофизике. Статья I. // Известия ВУЗов. Геология и разведка. 1990а. №5. С. 112-117.

40. Никитин А.Н., Иванкина Т.И., Успенская А.Б. Состояние и перспективы использования пьезоэлектрических свойств горных пород в геологии и геофизике. Статья I. // Известия ВУЗов. Геология и разведка. 19906. №7. С. 117-124.

41. Никитин А.Н., Русакова Е.И., Иванкина Т.Н. К теории образования пьезоэлектрических текстур в горных породах. // Известия АН СССР, Физика Земли. 1989. №6. С. 49-60.

42. Никитин А.Н., Маркова Г.В., Балагуров A.M., Васин Р.Н., Алексеева О.В. Исследование структуры и свойств кварца в области a-ß-перехода методами нейтронной дифракции и механической спектроскопии. // Кристаллография. 2007. Т. 52. №3. С. 450-457.

43. Никитин А. Н., Почепцова О. А., Маттис 3. Учет тепловых и транспортных свойств кристаллической соли при проектировании хранилищ радиоактивных отходов в галоидных формациях. // Кристаллография. 2010, том 55, № 3, с. 471-479;

44. Никифоров A.C., Полуэктов П.П., Поляков A.C. О миграции включений рассола в хранилище радиоактивных отходов высокого уровня активности. // ДАН СССР. — 1987, т.294, №4, с. 860864.

45. Новые методы в исследовании текстуры поликристаллических материалов. Сб. статей. Ред. Папиров И.И., Савелова Т.И. М.: Металлургия, 1985.311 с.

46. Осипов В.И., Еремина О.Н. Проблема захоронения и утилизации РАО в материалах 32 Международного геологического конгресса (Флоренция, Италия, 20-28 августа 2004). / Сергеевские чтения №7, ГЕОС, 2005, 273-278.

47. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. 584 с.

48. Рац М.В., Чернышев С.Н. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. // М.: Недра, 1970, 164 с.

49. Реддер Э. Флюидные включения в минералах. // М.: Мир, 1987, 632 с.

50. Родкин М.В. Роль глубинного флюидного режима в геодинамике и сейсмотектонике. М., Нац. Геоф. Ком., 1993, 194 с.

51. Родкин М.В. Некоторые новые подходы к выбору мест сооружения хранилищ и могильников В АО. В кн.: Сергеевские чтения. Вып.6, Инженерная геология и охрана геологической среды. 2004, М., ГЕОС, 523-527.

52. Родкин М.В., Никитин А.Н., Васин Р.Н. Сейсмотектонические эффекты твердофазных превращений в геоматериалах. М.: ГЕОС, 2009. 198 с.

53. Сиротин Ю.И., Шаскольская М.П. Основы кристаллофизики. М.: Наука, 1979. 640 с.

54. Смирнов А.Н. Генерация акустических колебаний в химических реакциях и физико-химических процессах. // Российский химический журнал. 2001. Т. XLV. №1. С. 29-34.

55. Соболев Г.А., Никитин А.Н. Нейтронография в геофизике. /Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2001. Том.32. Вып.6, с. 13581404.

56. Соболев B.C. Об условиях минералообразования при ориентированном давлении. // Минерал, сб. Львовского геологического общества. 1957. №11. С. 45-51.

57. Справочник экспериментальных данных по растворимости водно-солевых систем т.З. // Д.: Химиздат, 1961, 450 с.

58. Тарасевич Ю.Ю., Константинов В.О., Аюпова А.К. Моделирование дендритного роста кристаллов соли в биологических жидкостях. // Известия Вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2001. Спецвыпуск.

59. Товбин М., Барам О. Кинетика растворения монокристаллов хлорида натрия. // Журнал Физической химии, т. XXIII, 1949, с. 406-412.

60. Уваров В.Т. и др. Получение сильноточных пучков микросекундной длительности с высоким к.п.д. Препринт ХФТИ 84-30, М. :ЦНИИатоминформ, 1984, 13 с.

61. Хелминг К. Метод геометрической аппроксимации для текстурного анализа горных пород. Физика Земли. 1993. № 3, с. 73-82.

62. Челидзе Т.Д. Теория перколяции и критерии разрушения. // Успехи механики, 1985, т.8, вып. 2, с.39-55

63. Шейдеггер А. Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. -М.: Гостоптехиздат, 1960. 249 с.

64. Шмонов В. М., Витовтова В. М., Жариков А. В. «Флюидная проницаемость пород земной коры». М.: Научный мир, 2002. - 216 с.

65. Шубников А.В. Избранные труды по кристаллографии. М.: Наука, 1975, 556 с.

66. Aksenov V.L., Balagurov A.M., Simkin V.G. et al. Performance of the high resolution Fourier diffractometer at the IBR-2 pulsed reactor. // Journal of neutron research. 1997. V. 5. №4. P. 181-200.

67. Aksenov V.L. et al. Performance of the High Resolution Fourier Diffractometry at the Pulsed Reactor. / J. Neutron Research. 1997, 5, 181-200.

68. Anthony T.R. and Cline H.E. Thermal Migration of Liquid Droplets through Solids. // Journal of applied physics, vol. 42, №9, 1971, p. 3380-3387.

69. Balagurov A.M. High-resolution Fourier diffraction at the IBR-2 reactor. Neutron News. 2005. V. 16. №3. P. 8-12.

70. Brace W.F. Orientation of anisotropic minerals in a stress field: discussion. // Rock Deformation. Mem. Geol. Soc. Amer. 1960. №79. P. 9-20.

71. Bunge H. J. Texture Analysis in Material Science. Mathematical Methods, Butterworth, London, 1982, 330 p.

72. Cline H.E., Anthony T.R. The Migration of Liquid Droplets in Solids. //Journal of Crystal Growth, 1972, vol. 13/14, p. 790-794.

73. Dahm T., Manthei G., Eisenblatter J. Relative moment tensor of thermally induced microcracks in salt rocks. // Tectonophysics. 1998. V. 289. №1-3.P. 61-74.

74. Feldmann K., Betzl M., Kleinsteuber W. et al. Neutron time-of-flight texture analysis. //Textures and Microstructures. 1991. V. 14-18. P. 59-64

75. Frischbutter A., Janssen Ch., Scheffzuk Ch. et al. Strain and texture measurements on geological samples using neutron diffraction at IBR-2 (JINR, Dubna). // ЭЧАЯ. 2006. T. 37. №7. C. 91-128.

76. Frischbutter A., Neov D., Scheffzuk Ch. et al. Lattice strain measurements on sandstones under load using neutron diffraction. // Journal of structural geology. 2000. V. 22. №11-12. P. 1587-1600.

77. Jones D.R.H. The evolution of Liquid droplets migrating through solids.//Phil. Mag., 1974, vol. 30, №1, p. 195-201.

78. Kamb W.B. Theory of preferred crystal orientation development by crystallisation under stress. // J. Geol. 1959. V. 67. №2. P. 153-170.

79. Kern H. Effect of high-low quartz transition on compressional and shear wave velocities in rocks under high pressure. // Phys. Chem. Minerals. 1979. V. 4. №2. P. 161-171.

80. Kern H., Braun G. Deformation und Gefugeregelung von Steinsalz im Temperaturbereich 20 200 °C / Contrib. Mineral. Petrol. 1973, 40, 169-181.

81. Matthies S. On the reproducibility of the orientation function of texture samples from pole figures (Ghost phenomena), Phys. Stat. Sol. (b), 1979, 92, K135.

82. Matthies S., Vinel G. W. and Helming K. Standard Distribution in Texture Analysis, 1987-1989,Academie, Berlin, 1-3.

83. Nikitin A.N., Ivankina T.I. On the possible mechanisms of the formation of piezoelectric active rocks with crystallographic textures. // Textures and Microstructures. 1995. V. 25. P. 33-43.

84. Nikitin A.N., Ivankina T.I., Ullemeyer K. et al. Texture controlled elastic anisotropy of amphibolites from the Kola superdeep borehole SG-3 at high pressure. // Физика Земли. 2001. № 1. С. 41 -49.

85. Pigford Т.Н. Migration of brine inclusions in salt. // Nucl. Technology, 1982, v.56, №1, p. 93-101.

86. Popp T., Kern H. Ultrasonic wave velocities, gas permeability and porosity in natural and granular rock salt. Phys.Chem.Earth, 1998, 23, 373-378.

87. Popp T., Kern H. J.Geophys.Res. 2001, 106 (B3), 4061-4078.

88. Textures of geological materials. Eds. Bunge H.J., Siegesmund S., Skrotzki W. et al. DGM Informationsgesellschaft mbH, Germany, 1994. 400 pp.

89. Tiller W.A. Migration of a Liquid Zone through a Solid. // Journal of applied physics, vol. 34, №9, 1963, p. 2757-2767.

90. Tome C.N., Wenk H.-R., Kocks U.F. Texture and Anisotropy. Combridge University Press, 2000, 629 p.

91. Ullemeyer, K., Spalthoff, P., Heinitz, J. Isakov, N.N., Nikitin, A.N., Weber, K. The SKAT texture diffractometer at the pulsed reactor IBR-2 at Dubna: experimental layout and first measurements. Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. 1998, A 412/1, 80-88.

92. Ullemeyer K., Spalthoff P., Leiss B. et al. TOF texture investigation of geological samples. // Physica B. 2000b. V. 276-278. P. 878-879.

93. Wark D.A., Watson E.B. Effect of grain size on the distribution and transport of deep-seated fluids and melts. / Geoph. Res. Let., 2000, 27,N14, 20292032.

94. Wenk H.-R. Measurements of pole figures. / Preferred orientation in deformed metal and rocks: an introduction to modern texture analysis. Ed. Wenk H.-R. Academic Press, Orlando. 1985. P. 11-47.

95. Zlokazov V.B., Chernyshev V.V. MRIA a program for a full profile analysis of powder multiphase neutron-diffraction time-of-flight (direct and Fourier) spectra. //J. Appl. Cryst. 1992. v. 25. p. 447-451.