Original article: https://web.math.utk.edu/~vasili/va/descr/isv/
In Situ Vitrification (ISV) — це багатообіцяюча технологія, яка розробляється Міністерством енергетики, для довготривалої стабілізації небезпечних відходів, похованих на неглибоких ділянках. Він заснований на розплавленні забрудненого ґрунту на ділянці та охолодженні. Розплав твердне у склоподібну або полікристалічну породу, що містить відходи, таким чином значно зменшуючи вимивання забруднюючих речовин у ґрунтові води. Плавлення викликається подачею електричної енергії на землю через електроди, вставлені вертикально в ґрунт, який потрібно розплавити. Плавлення йде вниз і при охолодженні утворює приблизно напівсферичне тіло. Над майданчиком встановлено кожух, який утримує гази та частки, що виділяються з розплаву, і направляє їх до системи очищення відхідних газів. Етапи процесу ISV зображено на малюнку 1.
Захоронені відходи, що містять радіоактивні, органічні, металеві та горючі матеріали, є великим компонентом сміттєзвалищ DOE, які вимагатимуть рекультивації. Переваги ISV для таких відходів включають: (1) небезпечні органічні забруднювачі та горючі матеріали піддаються піролізу та руйнуванню, що призводить до зменшення об’єму та уникнення майбутнього просідання місця розташування, (2) радіонукліди включаються до склоподібних або кристалічних фаз після охолодження розплаву. , що призводить до зменшення рухливості, і (3) металеві компоненти розплавляються, таким чином мінімізуючи об’єм і площу поверхні.
У травні 1991 року в ORNL було проведено добре обладнане пілотне польове випробування. Ми проаналізували масив зібраних даних і розробили різні моделі, щоб: перевірити послідовність даних; розуміти задіяні процеси та які з них домінують; визначити ефективні значення параметрів (таких як тепло- та електропровідність); пояснювати те, що спостерігається, геохімічно та термічно; і розробити ефективні інструменти оцінки та моделювання. Наприклад, серед іншого ми розробили простий неінвазивний метод визначення температури розплаву за даними про силу струму та напругу (рис. 2). Такі непрямі процедури є незамінними при застосуванні на існуючих сильно забруднених ділянках. Серед важливих питань, які може прояснити моделювання, є доля водяної пари під розплавом і умови, за яких може утворитися водонасичена зона.
Охолодження і затвердіння розплаву представляє великий геологічний інтерес. Ми розробили детальну модель та імітаційний код для охолодження та затвердіння подвійної магми, що включає: пов’язану теплопровідність та дифузію розчиненої речовини, термодинаміку бінарного кристала та розплаву, конституційне переохолодження, теплофізичні властивості, залежні від температури та складу, кондуктивне охолодження навколишнього ґрунту. Опис є макроскопічним з точки зору локальних змінних (концентрація, ентальпія, температура, тверда частка); закони збереження, дійсні всюди в слабкому (інтегральному) сенсі, фази розрізняються лише значеннями твердої частки. У цьому підході «об’єму рідини» не потрібне явне відстеження фронтів, що особливо зручно для обчислень. Ми застосували його до подвійної системи діопсид-анортит, а також до псевдобінарної системи польовий шпат-піроксен із дуже хорошими результатами: зіставлення змодельованих і експериментальних кривих охолодження (рис. 3), може визначити ефективні значення параметрів (наприклад, провідності) і чутливості, а також може імітувати різні сценарії охолодження.