Veden kulkeutumisen ja muodonmuutosten mittaaminen bentoniittinäytteissä röntgentomografiamenetelmällä

Tämän tutkielman tärkeimpänä tavoitteena oli kehittää menetelmä veden kulkeutumisen ja muodonmuutosten mittaamiseksi bentoniittinäytteissä röntgentomografialla. Menetelmällä voitaisiin mitata ja kerätä arvokasta kokeellista dataa ydinjätteen loppusijoituksessa käytettävän bentoniittipuskurin toimint...

Täydet tiedot

Bibliografiset tiedot
Päätekijä: Harjupatana, Tero
Muut tekijät: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Fysiikan laitos, Department of Physics, University of Jyväskylä, Jyväskylän yliopisto
Aineistotyyppi: Pro gradu
Kieli:fin
Julkaistu: 2012
Aiheet:
Linkit: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/40692
Kuvaus
Yhteenveto:Tämän tutkielman tärkeimpänä tavoitteena oli kehittää menetelmä veden kulkeutumisen ja muodonmuutosten mittaamiseksi bentoniittinäytteissä röntgentomografialla. Menetelmällä voitaisiin mitata ja kerätä arvokasta kokeellista dataa ydinjätteen loppusijoituksessa käytettävän bentoniittipuskurin toimintaa kuvaavien mallien kehittämiseksi ja testaamiseksi. Röntgentomografialla näytteestä saadaan kolmiulotteinen tomografiakuva, missä kuvavokselin harmaasävyarvo riippuu materiaaleista, ja niiden tiheyksistä. Bentoniittinäytteen kastuessa veden osatiheyden kasvu kasvattaa harmaasävyarvoja, jolloin kastuneen ja kuivan näytteen välinen erotuskuva voidaan kalibroida vastaamaan kolmiulotteista kosteuspitoisuusjakaumaa, mikäli näytteen kokonaisvesimäärä tiedetään. Bentoniitissa tapahtuu yleensä muodonmuutoksia kastumisen aikana, jolloin nämä täytyy mitata ja huomioida kosteuspitoisuuden määrityksessä. Bentoniittinäytteitä (12 kpl, halk. 17 mm, kork. 10 mm, kuivatiheydet 1,2 ja 1,5 g/cm3) kasteltiin vakiotilavuudessa näytteen alapinnan kautta (halk. 6 mm sintteri) keinotekoisella pohjavedellä muutamilla eri kastelupaineilla (0...8 bar). Kukin näyte kuvattiin röntgenmikrotomografialla noin 10 kertaa sopivin välein, pääosin kahden viikon aikana. Näytteenpidikkeitä myös punnittiin, jolloin näytteeseen imeytyneen veden kokonaismassa tiedettiin. Bentoniittiin sekoitettiin mikrolasikuulia merkkipartikkeleiksi, jolloin muodonmuutokset voitiin mitata yksinkertaista translaatioalgoritmia käyttäen. Menetelmän huomattiin olevan herkkä kuvissa oleville häiriöille, joita syntyi todennäköisesti epästabiilin röntgenlähteen vuoksi. Kun stabiloitumiseen käytettävää aikaa kasvatettiin, häiriöt vähenivät huomattavasti. Mitatut muodonmuutokset olivat pieniä ja vaikuttivat silmämääräisesti hyviltä, mutta translaatioalgoritmin riittävästä tarkkuudesta ei saatu varmuutta. Menetelmä vaikuttaa muutoin toimivalta bentoniittinäytteiden kosteuspitoisuuden määrittämiseen, röntgenlähteen stabiloitumista ja menetelmän tarkkuutta olisi kuitenkin syytä tutkia lisää.