来自桑迪亚、洛斯阿拉莫斯和劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们刚刚开始了长达数年的实验的第三阶段，以了解盐层储存库中热核废料容器附近盐和高盐水的行为。

盐独特的物理性质可用于安全处置放射性废物。盐层保持稳定达数亿年之久。盐会愈合自己的裂缝，任何开口都会慢慢关闭。例如，新墨西哥州卡尔斯巴德郊外的废物隔离试验工厂的盐以每年几英寸的速度关闭储藏室，保护环境免受废物的污染。该工厂是美国冷战时期一些核废物的埋葬地。然而，与乏核燃料不同，在WIPP掩埋的废物不会产生热量。

能源部核能办公室的乏燃料和废物处置计划旨在为美国多种可行的处置方案提供可靠的技术基础，特别是热如何改变液体和气体通过盐的方式以及与盐的相互作用。从这项基础研究中获得的理解将用于完善概念和计算机模型，最终让决策者了解在盐层中处置乏核燃料的好处。Sandia是该项目的主要实验室。

盐是核废料储存的一个可行选择，因为在远离挖掘的地方，任何开口都会被修复。然而，挖掘附近有一圈受损岩石。过去人们一直避免预测受损盐内部的复杂相互作用，因为30英尺远的盐是一个完美的、不透水的屏障。

第一次实验中的试错

为了了解受损盐在加热时的行为，Kuhlman及其同事一直在WIPP地下2150英尺的实验区进行实验，该实验区距离正在进行的处理活动3200英尺。他们还监测盐水的分布和行为，盐水是在蒸发了2.5亿年的海洋留下的盐层中发现的盐水。WIPP中发现的少量盐水比海水含盐量高10倍。

盐在热的时候表现得很不一样。如果你加热一块花岗岩，它就没有那么不同了。热盐的蠕动速度要快得多，如果温度足够高，盐水中的水可能会蒸发，在废物容器上留下一层盐皮。然后蒸汽可能会离开，直到温度足够低，返回液体并溶解盐，可能形成一个复杂的反馈环。

换句话说，科学家们正在研究废核燃料产生的热量是否有助于封闭废物容器，甚至保护它们免受盐水造成的腐蚀。

实验的第一阶段计划于2017年开始，利用WIPP现有的水平孔。在这个“安定”阶段，研究人员学会了在随后的实验中使用什么设备。例如，第一台加热器的工作原理类似于烤面包机，但附近的盐温度不足以煮盐水，地球科学家菲尔·斯塔夫（Phil Stauffer）说，他擅长结合计算机模型和现实世界的实验，领导洛斯阿拉莫斯国家实验室的贡献。然而，研究小组尝试的第二种加热器，红外模型，是有效的；它更像太阳。

当把第一个辐射加热器放入第一个钻孔时，作为安定阶段的一部分，结果证明空气不允许热量有效地进入岩石。然后切换到红外加热器，热量在空气中流动，几乎没有能量损失。在早期的数值模拟中，他们以为只需输入热量；

盐水和气体如何在盐中流动

在实验的第二阶段，研究小组在一个大厅的侧面钻了两组14个水平孔，并在装有加热器的中央水平孔周围的孔中插入了100多个不同的传感器。当盐被加热和冷却时，这些传感器监测声音、应变、湿度和温度。

桑迪亚地球化学家梅丽莎·米尔斯（Melissa Mills）制作了一种特殊的盐混凝土封条，用于测试水泥和盐水之间的相互作用。

在使用的传感器中，有近100个温度传感器，与家用恒温器中的传感器类似，因此研究人员可以测量加热器周围位置的温度。劳伦斯伯克利国家实验室的地球科学家吴玉新也安装了光纤温度传感器、应变计和电阻率成像仪。

桑迪亚的一位地球科学家查尔斯·乔恩斯（Charles Choens）使用了一种叫做声发射传感器的特殊麦克风，当盐晶体在加热时膨胀，在冷却时收缩时，他可以听到盐晶体的“爆裂声”。研究小组使用这些麦克风对爆裂盐晶体的位置进行三角测量。

这些持久性有机污染物是盐层短暂渗透性的证据，盐层是盐晶体之间的裂缝，盐水可以通过这些裂缝渗透。当加热它时，它会封闭那些小裂缝。当盐热时，渗透性下降，但当它冷却时，裂缝会暂时打开，渗透性增加

为了测试气体通过受损盐的流动，研究人员向一个钻孔注入少量稀有气体，如氪和六氟化硫，并监测它们在另一个钻孔中的出现。当盐很热时，气体就不会散去任何地方。当我们关掉暖气时，气体渗透到盐中，然后从另一个钻孔中排出。

同样，该团队将实验室制造的盐水注入一个钻孔，并加入少量元素铼和蓝色荧光染料作为“示踪剂”。该团队正在监测其他钻孔中出现的液体，这些液体将在测试结束时取样。

一旦钻出测试后的样本，荧光染料的目标就是绘制示踪剂的去向图。显然，如果检测到铼信号，它从一个钻孔传到另一个钻孔，但不知道它的路径。此外，盐水会与盐中的矿物（如粘土）相互作用。荧光染料是一种可见的方法，可以识别液体示踪剂在野外的实际位置。

在10月中旬开始的第三阶段，研究小组将在先前实验阶段所学的基础上，钻探一个新的九个加热钻孔阵列。

在具有挑战性的地下条件下工作

研究小组从实验的前两个阶段学到了很多东西，包括最好的加热器类型、何时钻孔以及盐水的腐蚀性。

前两个阶段涉及大量设备测试；一些失败，一些被送回制造商。他们还学会了保留备用设备，因为盐尘和盐水会破坏设备。需要双重密封，因为盐水会渗入绝缘线，然后设备会死亡。学习如何在盐环境中工作是一个过程。

研究人员正在与国际合作伙伴合作，利用该项目的数据改进地下发生的复杂化学、温度、水基和物理相互作用的计算机模型。这将改善全球核废料储存库的未来建模。

最终，该团队希望扩大规模，进行更大、更长的实验，以获得与未来盐库相关的数据。这些数据补充了已经收集到的数据，将使储存库设计者和决策者了解在盐储存库中永久处理产生热量的核废料的安全性。

Sandia国家实验室是由Sandia LLC的国家技术和工程解决方案运营的多任务实验室，Sandia LLC是霍尼韦尔国际公司的全资子公司，隶属于美国能源部国家核安全管理局。桑迪亚实验室在核威慑、全球安全、国防、能源技术和经济竞争力方面负有主要的研发责任，主要设施位于新墨西哥州阿尔伯克基和加利福尼亚州利弗莫尔。