台灣用過核燃料最終處置之參數影響分析

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姓名

鄭博昇(Po-sheng Cheng) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

台灣用過核燃料最終處置之參數影響分析
(Final disposal of spent nuclear fuel of parametric analysis in Taiwan)

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摘要(中)

用過核燃料的最終處置方式，國際間對此一課題進行許多評估與研究，深地層處置(deep geologic disposal)被認為是最安全可行的處理措施。
近場分析研究以深地層處置之概念為基礎，參考瑞典相關文獻，考慮熱源、緩衝材料、回填材料、母岩之熱與水力特性，考量國內文獻對處置場尺寸，並研究處置孔不同間距尺寸與不同熱傳參數對於處置場之溫度分佈影響，以有限元素軟體ABAQUS進行耦合熱-水-力學之分析。
針對緩衝材熱傳導係數隨飽和度變化的影響，其結果顯示飽和度歷時變化將對處置場之最高溫度造成顯著的影響。
遠場分析研究中採用台灣電力公司之探勘數據及其規劃之處置場尺寸，以有限元素分析法進行三維模型分析。熱應力分析方面則採用依序耦合熱應力分析。台灣頻繁之地震可能造成處置場上方產生勁度較低之弱帶，本研究將針對弱帶之尺寸改變對處置場所造成影響進行分析與探討。
研究結果顯示，在弱帶尺寸增加的情況下，處置場所承受之水平應力增量皆有增加之趨勢，而弱帶的產生也會使得處置場水流量上升。

摘要(英)

There are many international studying and evaluation about the abject.
Considering of safety, technology and economy, the method of deep geologic disposal is regarded as the most safety and stable way.
In this study, based upon the concept of the deep disposal method, thinking about the thermal, hydrological and mechanical properties of the paper in Sweden. In addition of considering the size of repository, initial condition and boundary condition of the internal paper.
The study directed at the influences of the saturation histories on the thermal conductivity of buffer material, to make the scoping analyses. In the results, the maximum temperature in the repository has obvious change due to the saturation histories.
In this study, using Taiwan Power Company report. Choosing its exploration data and disposal field size, using finite element method and 3D model to analysis. Thermal stress analysis adopt sequentially coupled thermal-stress analysis. Because Taiwan is located in the earthquake zone, the earthquake may create weak band in the top of disposal field. This research will focus on the effect of weak band’s size.
In this study, when the weak band’s size increases, the horizontal stress on the disposal site will increase. And when the weak band occurs, the water flow of the disposal site will increase.

關鍵字(中)

★ 深地層處置
★ 緩衝材料
★ 用過核燃料
★ 耦合熱-水-力學分析

關鍵字(英)

★ spent nuclear fuel waste
★ deep geological disposal
★ buffer
★ Coupled thermo-hydro-mechanical

論文目次

摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究主題與方法 3
1.4 論文內容 5
第二章處置場配置與分析之相關文獻 6
2.1 高放射性廢棄物的最終處置 6
2.2 最終處置安全性之相關研究 8
2.3 工程障壁之相關研究及其功用 13
2.4 現階段我國處置場設施配置概念與埋設形式 17
2.5 THMC相關研究 20
2.5.1 熱傳分析 20
2.5.2 水力-力學分析 23
第三章分析理論與數值模擬方法 25
3.1 前言 25
3.2 熱傳分析理論 25
3.2.1 熱傳導 25
3.2.2 熱對流 29
3.3 水-力學分析理論 30
3.3.1 力學理論 30
3.3.2 孔隙水流理論 35
3.4 分析方法與理論說明 37
3.4.1 有限元素法 37
3.4.2 代表體積單元 40
3.5 分析工具 44
第四章依序耦合熱-力學分析之模型建立 46
4.1 前言 46
4.2 分析方法 46
4.3 網格設置與建立幾何模型 47
4.4 材料參數介紹 49
4.5 熱傳分析 50
4.5.1 初始條件與邊界條件 50
4.5.2 熱傳分析結果 52
4.6 熱應力分析 55
4.6.1 初始條件與邊界條件 55
4.6.2 熱應力分析結果 56
第五章完全耦合熱-水-力學分析之文獻驗證 57
5.1 前言 57
5.2 分析流程 57
5.3 網格設置與建立幾何模型 59
5.4 熱傳分析 59
5.4.1 材料參數介紹 60
5.4.2 初始條件與邊界條件 61
5.4.3 熱傳分析驗證結果 62
5.5 完全耦合熱-水-力學分析 62
5.5.1 水、力學分析之材料參數介紹 62
5.5.2 初始條件與邊界條件 65
5.5.3 耦合熱-水-力學之迭代分析 65
5.5.4 耦合熱-水-力學分析驗證結果 66
第六章三維模型依序耦合熱-力學分析 69
6.1 前言 69
6.2 模型幾何與材料參數 69
6.3 熱傳分析結果討論 71
6.3.1 間距尺寸效應分析 71
6.3.2 熱傳材料參數效應分析 74
6.4 熱應力分析結果討論 77
6.4.1 分析方法 77
6.4.2 初始條件與邊界條件 78
6.4.3 應力增量分析 79
第七章三維模型完全耦合熱-水-力學分析 84
7.1 前言 84
7.2 分析流程 84
7.3 網格設置與建立幾何模型 85
7.4 材料參數介紹 88
7.5 初始條件與邊界條件 91
7.6 完全耦合熱-水-力學分析 94
7.6.1 執行分析流程之批次檔內容說明 95
7.6.2 飽和度完全耦合副程式說明 95
7.6.3 完全耦合熱-水-力學之分析結果 97
第八章深層地下處置場之弱帶影響分析 99
8.1 前言 99
8.2 模型之建立 99
8.2.1 模型尺寸與網格 99
8.2.2 分析理論 101
8.2.3 材料模型 102
8.3 熱傳分析 103
8.3.1 材料模型與理論 103
8.4 熱應力分析 104
8.4.1 材料模型與理論 104
8.4.2 束制條件 107
8.5 弱帶尺寸影響分析 107
8.5.1 改變弱帶高度 107
8.5.2 改變弱帶長度 118
8.5.3 改變弱帶寬度 124
8.5.4 弱帶與挖空之討論 131
第九章結論與建議 134
9.1 結論 135
9.2 建議 136
參考文獻 137
附錄 141

參考文獻

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指導教授

張瑞宏

審核日期

2014-7-30

推文