用過核子燃料最終處置場之遠場熱傳導分析及不同環境外因下的地震數值模擬分析

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研究生：	石哲愷 Che-Kai Shih
論文名稱：	用過核子燃料最終處置場之遠場熱傳導分析及不同環境外因下的地震數值模擬分析
指導教授：	張瑞宏 Jui-Hung Chang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 土木工程學系 Department of Civil Engineering
論文出版年：	2021
畢業學年度：	109
語文別：	中文
論文頁數：	109
中文關鍵詞：	用過核子燃料、深層地質處置場、遠場熱傳導、破裂帶、地震位移
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用過核子燃料擁有大量的衰變熱與放射性特性，國際間認為有效的處置方式為深層地質處置，可以有效阻絕有害物質的傳遞。為了兼顧深層地質處置場的經濟與安全，事先的分析極為重要。因此本研究分析兩個層面的問題，其一為遠場的熱傳導問題，其二為不同環境下的地震的位移。
在遠場熱傳導的問題中，衰變熱的高溫可能使處置孔內容材料發生變質，導致材料無法發揮隔絕的效果，因此本文觀察遠場處置場的溫度分佈行為，分析Layout D2設計下的衰變熱，探討整體隨時間的溫度分佈趨勢，並與SKB的結果進行驗證，後續在近一步考慮處置罐的數量，進行參數分析。在地震的位移的分析中，當裂縫與處置孔相交時，處置孔將無法使用，而且衰變熱的高溫可能使深層地質的應力改變，進而擴展裂縫的生成，其結果將與SKB的研究進行驗證。此外，本研究分析不同環境外因大小下，對於裂縫的位移擴展影響。全文的結果主要圍繞在溫度分佈的時間歷時以及位移大小，並使用有限元素程式ABAQUS進行分析與模擬。

Spent fuel has a large amount of decay heat and radioactive properties. The internationally recognized effective disposal method is deep geological disposal, which can effectively prevent the transmission of harmful substances.
In order to take into account the economy and security of deep geological disposal sites, prior analysis is extremely important. Therefore, this study analyzes two levels of problems, one is the global heat conduction problem, and the other is the rupture displacement of the earthquake in different environments.
In the problem of global thermal conductivity, the high temperature of decay rate may deteriorate the material in the disposal hole, resulting in the material being unable to exert the insulation effect. Therefore, this study observes the temperature distribution behavior of the global set, analyzes the decay rate under the design of Layout D2, and discusses the overall The temperature distribution trend over time is verified with the results of SKB, and the number of disposal canisters is considered in the next step for parameter analysis.
In the analysis of earthquake rupture displacement, when the rupture displacement intersects with the disposal hole, the disposal hole will be unusable, and the high temperature of decay rate may change the stress of deep geology, and then expand the generation of rupture. The result will be in line with the research of SKB. authenticating. In addition, this study analyzes the influence of different environmental external factors on the displacement and propagation of cracks. The results of the full text are mainly centered on the time duration of the temperature distribution and the size of the rupture displacement, and the finite element program ABAQUS is used for analysis and simulation.

摘要    i
Abstact    ii
目錄    v
圖目錄    x
表目錄    xiii
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    2
1-4    論文內容    3
第二章    文獻回顧    4
2-1    用過核子燃料與最終處置場概念    4
2-2    我國最終處置計畫現況    5
2-3    LayoutD2處置場設計文獻研析    7
2-3-1    場址調查    9
2-3-2    初始場址調查    10
2-3-3    完整場址調查    10
2-3-4    處置設計過程    11
2-3-5    設計步驟    11
2-3-6    LayoutD2的熱傳導文獻研析    12
2-3-7    Layout D2的熱應力文獻研析    13
2-4    瑞典Forsmark處置場的地質概況與地震效應    15
2-5    熱環境下的地震效應文獻研析    16
第三章    理論與數值分析方法    17
3-1    前言    17
3-2    熱傳導    17
3-3    熱對流    23
3-4    有效應力理論    24
3-5    廣義虎克定律    26
3-6    有限元素理論    27
第四章    LayoutD2設計之遠場熱傳導分析    29
4-1    前言    29
4-2    遠場熱傳導驗證    30
4-2-1    熱傳導分析介紹    30
4-2-2    熱衰變函數設置    31
4-2-3    模型幾何配置    35
4-2-4    使用元素    37
4-2-5    材料參數介紹    39
4-2-6    初始條件與邊界條件    40
4-2-7    案例結果驗證觀察    41
4-3    處置數量分析    47
4-3-1    處置罐數量分析之案例介紹    47
4-3-2    處置罐數量分析結果    49
第五章    熱環境下地震效應    51
5-1    前言    51
5-2    Forsmark處置場破裂帶    51
5-3    地震的設置    53
5-4    熱環境下的地震效應介紹    53
5-4-1    材料參數設置    55
5-4-2    模型幾何配置    56
5-4-3    初始條件設置    57
5-4-4    邊界條件設置    59
5-4-5    案例介紹    61
5-4-6    熱環境下的地震效應結果觀察    62
5-5    最大熱環境下的地震效應介紹    68
5-5-1    最大熱環境下的地震效應之案例介紹    68
5-5-2    最大熱環境下的地震效應分析結果    68
第六章    不同環境外因下的地震效應    70
6-1    前言    70
6-2    冰川期環境下的地震效應驗證    71
6-2-1    材料參數設置    71
6-2-2    幾何模型配置    72
6-2-3    初始條件設置    72
6-2-4    邊界條件設置    74
6-2-5    冰川環境下的地震效應結果觀察    74
6-3    環境外因大小分析    78
6-3-1    環境外因大小案例介紹    78
6-3-2    環境外因大小案例分析結果觀察    79
第七章    結論與建議    82
7-1    各章結論    82
7-1-1    熱傳導分析結果整理    82
7-1-2    熱環境下地震效應結果整理    84
7-1-3    不同環境外因下的地震效應結果整理    84
7-2    建議    86
參考資料    87


                                

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