低場核磁共振：破解高水平放射性廢物地質處置“造縫”難題的關鍵技術

在全球能源結構向清潔化、低碳化轉型的進程中，核能憑借高效穩定的能量輸出占據重要地位，然而其伴生的高水平放射性廢物處理問題，卻成為制約核能可持續發展的世界性瓶頸。這類廢物不僅放射性極-強，部分核素半衰期更是長達數萬甚至數百萬年，一旦處置不當，將對生態環境和人類健康構成難以估量的長期威脅。

目前，地質處置被國-際公-認為最-具前景的解決方案，其核心思想是在深度穩定巖層中，依托多重屏障系統（如固化體、包裝容器、回填材料和天然圍巖）將高水平放射性廢物與生物圈永-久隔離。然而，這一過程并非一勞永逸，其中，“固廢”——即對高水平放射性廢物進行固化處理并安全隔離其放射性核素的過程，尤其是對處置庫圍巖的“造縫”技術，直接關系到處置工程的長期安全性與穩定性。

“造縫”，在高水平放射性廢物地質處置語境下，并非簡單的破壞，而是一項精密的工程手段，特指在處置庫圍巖中通過人工方式制造裂縫網絡。其目的在于通過優化圍巖的孔隙結構和滲透特性，增強其對放射性核素的阻滯能力，同時為可能產生的氣體（如腐蝕產生的氫氣）提供疏導通道，避免局部壓力累積對屏障系統造成破壞。

傳統的地質處置雖構想精妙，卻常受制于復雜的地質條件，如地殼運動、地下水活動等，對圍巖的長期穩定性構成挑戰。為此，應力造縫（通過機械應力誘導裂縫擴展）和加速造縫（快速生成預設裂縫網絡）等技術應運而生，旨在提升處置效率與工程可控性。然而，這些技術在實際應用中，由于缺乏對裂縫萌生、擴展及分布狀態的實時、精準監測手段，往往導致裂縫分布不均、過度損傷圍巖或未能達到預期阻滯效果，為長期安全埋下隱患。

正是在這一背景下，低場核磁共振技術（LF-NMR）的崛起為高放廢物“固廢”過程中的“造縫”優化帶來了革命性的突破。相較于傳統監測方法，低場核磁技術以其無損、快速、可重復且能揭示材料微觀結構的獨-特優勢，為“造縫”過程裝上了“火眼金睛”。

在圍巖造縫這一核心環節，低場核磁技術能夠實時監測巖石內部孔隙水的分布與狀態變化，以及礦物骨架在應力作用下的動態響應，確保了人工制造的裂縫能夠均勻、有序地分布，從而有效提升圍巖的整體阻滯性能和長期穩定性，避免因裂縫無序擴展導致的局部薄弱帶。

在應力造縫場景中，低場核磁技術與三軸壓縮測試相結合，更是展現出其強大的過程監控能力。當對巖樣施加軸向壓力時，核磁共振能夠直觀、實時地顯示軸壓增大如何導致巖石內部微裂紋的萌生、增多、擴展乃至貫通，清晰呈現損傷演化的全過程。這種“可視化”的監測方式，使得工程人員能夠精準控制應力加載速率與大小，實現應力造縫的“按需進行”。

應用案例：