IH
TRƢ N

QU
Ọ

GI H N I
O

Ọ T

N

N

-----------------------

P

NGHIÊN ỨU ỔN ỊN
P ƢƠN

P ÁP

ỐM

M T Ị BÍ

Ó

T U

1.2.1. Giới thiệu về vật liệu gốm trong ổn định hóa chất thải phóng xạ ...........10
1.2.2. ác pha tinh thể trong ổn định hóa chất thải phóng xạ ...........................11
1.2.3. Vật liệu synroc .........................................................................................13
1.3. Các tính chất của vật liệu ổn định hóa nền synroc ........................................20
1.3.1. Tính chất vật lý của vật liệu ổn định hóa nền synroc ..............................20
1.3.2. Tính chất hóa học của vật liệu ổn định hóa nền synroc ...........................23
1.3.3. Tính chất phóng xạ của vật liệu ổn định hóa nền synroc ........................24
1.4. ác phƣơng pháp tổng hợp vật liệu synroc ....................................................25
1.4.1. Phƣơng pháp sol-gel ................................................................................25
1.4.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa .......................................................................26
1.4.3. Phƣơng pháp phân tán rắn - lỏng .............................................................27
1.4.4. Quá trình ép nóng đẳng tĩnh (HIP) ..........................................................27
1.4.5. Phƣơng pháp điều chế gốm truyền thống ................................................28
1.4.5.1. Giới thiệu về quá trình thiêu kết vật liệu …………………………….29
hƣơng 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN ỨU V THỰ NGHIỆM .......................32
2.1. Hóa chất và dụng cụ nghiên cứu ....................................................................32
2.1.1. Hóa chất: ..................................................................................................32
2.1.2. Dụng cụ ....................................................................................................32
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu và thực nghiệm ......................................................33
2.2.1. ối tƣợng nghiên cứu ..............................................................................33
2.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu và thực nghiệm ...............................................33


2.2.3. Phƣơng pháp và kỹ thuật phân tích đánh giá ...........................................34
hƣơng 3. KẾT QUẢ V B N LUẬN ...................................................................40
3.1. Sự hình thành pha trong hệ aO-TiO2-ZrO2 ..................................................40
3.2. Ảnh hƣởng của l2O3 và BaO đến sự hình thành pha hollandite trong hệ
CaO-TiO2-ZrO2 .....................................................................................................50
3.3. Khảo sát nạp strontri trong mạng synroc........................................................60
3.4. ánh giá mức độ hòa tách Sr của synroc .......................................................67

ể phát triển các kỹ thuật ổn định hóa, các nhà nghiên cứu tiếp tục tìm kiếm
các vật liệu có thể cố định chất phóng xạ theo hƣớng cân bằng giữa vật liệu nền –
nhân phóng xạ - điều kiện môi trƣờng. Ngƣời ta thấy rằng một số khoáng chất tự
nhiên có thể chứa các nhân phóng xạ nhƣ U, Th và khoáng này tồn tại đến hàng
trăm triệu năm mà không hề gây ô nhiễm môi trƣờng. Vật liệu đá synroc đƣợc
nghiên cứu tổng hợp với sự kết hợp một số khoáng tự nhiên và có thể chứa các nhân
phóng xạ bên trong các cấu trúc khoáng đó. Synroc thể hiện đƣợc nhiều ƣu điểm về
độ bền cơ, bền hóa trong cố định chất thải phóng xạ.

1


Thời gian qua, việc nghiên cứu đối với các phƣơng pháp ổn định hóa chất
thải phóng xạ nhƣ: phƣơng pháp xi măng và bitum đã đƣợc thực hiện ở một số đơn
vị nghiên cứu, đã giải quyết đƣợc một số vấn đề về ổn định chất thải phóng xạ. Tuy
nhiên, sự mở rộng về ứng dụng năng lƣợng nguyên tử hiện nay cần có sự chuẩn bị
về các biện pháp quản lý an toàn, bền vững với lƣợng chất thải phóng xạ sẽ để lại
đó. Với mục tiêu tìm ra đƣợc một loại vật liệu thích hợp và để có thể ứng dụng đƣợc
ngay khi có các nhu cầu đặt ra, chúng tôi lựa chọn luận văn: “Nghiên cứu ổn định
hóa chất thải phóng xạ bằng phƣơng pháp gốm hóa tạo vật liệu dạng synroc”.

2


hƣơng 1. TỔN
1.1.

QU N

iới thiệu về quản lý chất thải phóng xạ



đƣợc sử dụng, ví dụ chất thải lỏng hoạt độ trung bình (ILLW), chất thải rắn hoạt độ
thấp (LLSW) và chất thải lỏng hoạt độ cao (HLLW).
ho đến năm 1994, I E

đã đƣa ra hệ thống phân loại mới trọng tâm vào

tiêu chí chôn cất chất thải sau khi xem xét và chỉnh lý các hệ thống phân loại cũ.
Trong cách phân loại mới chất thải hoạt độ thấp và trung bình đƣợc kết hợp vào một
nhóm, và trong nhóm này tiếp tục chia thành hai nhóm nhỏ: chất thải đời sống ngắn
và chất thải đời sống dài. Khoảng thời gian để chia hai nhóm ngắn và dài là 30 năm.
Bảng 1.1 đƣa ra các tính chất điển hình của các nhóm chất thải theo hệ thống phân
loại mới.
Bảng 1.1. ác tính chất điển hình của các nhóm chất thải phóng xạ
[IAEA, 1994]
Nhóm chất thải

ác tính chất điển hình

Phƣơng án
chôn cất

1.

hất thải miễn

trừ

ác mức hoạt độ tại hoặc nhỏ hơn các mức Không

nhân rã anpha đến 4000Bq.g-1/ cấu kiện chất
thải riêng lẻ
2.2. hất thải

Nồng độ hoạt độ các nhân phóng xạ đời sống

đời sống dài

dài vƣợt quá giới hạn đối với chất thải đời

hôn cất địa
chất

sống ngắn
3.

hất thải hoạt Công suất nhiệt > 2 kWm-3 và nồng độ hoạt

độ cao

hôn cất địa

độ nhân phóng xạ đời sống dài vƣợt qua giới chất
hạn đối với chất thải đời sống ngắn

4


1.1.2. Quản lý chất thải phóng xạ [13]
Quản lý chất thải phóng xạ hiệu quả cần thiết phải có những chiến lƣợc và

xử lý cơ bản là làm giảm thể tích, tách nhân phóng xạ và thay đổi thành phần. Ví dụ
nhƣ các quá trình: đốt chất thải hoặc nén ép chất thải rắn khô (giảm thể tích); bay
hơi, lọc hoặc trao đổi ion của thải lỏng (tách nhân phóng xạ); và kết tủa hoặc keo tụ
hóa học (thay đổi thành phần). Thông thƣờng những quá trình này có thể đƣợc sử
dụng kết hợp để làm tăng tính hiệu quả trong việc xử lý chất thải lỏng và một số
chất thải thứ cấp có thể sinh ra (vật liệu lọc, nhựa trao đổi ion, bùn thải).
Ổn định hóa chất thải phóng xạ là các hoạt động nhằm tạo ra một cấu kiện
chất thải thích hợp cho việc tiếp xúc, vận chuyển, lƣu giữ hoặc chôn cất. Sự ổn định
hóa có thể bao gồm việc cố định chất thải, chứa thải trong các container và chuyển
về thể rắn.

ác phƣơng pháp ổn định hóa phổ biến bao gồm hóa rắn các chất thải

phóng xạ hoạt độ thấp và trung bình trong xi măng hoặc bitum và thủy tinh hóa chất
thải phóng xạ hoạt độ cao trên nền thủy tinh.

hất thải sau khi đƣợc ổn định hóa

đƣợc chứa trong các thùng thép thích hợp có độ dày tùy thuộc vào đặc trƣng chất
thải phóng xạ. Trong nhiều trƣờng hợp bƣớc xử lý và ổn định hóa có sự liên hệ chặt
chẽ với nhau.
hôn cất là bƣớc cuối cùng trong hoạt động quản lý chất thải phóng xạ. ơ
sở chôn thải đƣợc thiết kế đảm bảo an toàn trong việc bố trí chất thải bên trong. Các
chất thải đã đƣợc ổn định hóa về dạng thích hợp đƣợc đặt tách biệt với môi trƣờng
trong cơ sở chôn cất bởi các lớp che chắn xung quanh nhằm ngăn chặn sự rò rỉ các
nhân phóng xạ. Lớp che chắn có thể là tự nhiên hoặc kỹ thuật và một hệ tách biệt có
thể có một hoặc nhiều lớp che chắn. Một hệ thống nhiều lớp che chắn có tính an

6



7


- ộ bền bức xạ lớn: chất thải đã ổn định hóa phải có khả năng chịu đƣợc tác
động bức xạ từ sự phân rã của chính chất phóng xạ bên trong nhằm giảm thiểu sự
chuyển pha (có thể gây ảnh hƣởng đến độ bền của chất thải đã ổn định hóa) và sự
phồng nở gây ra các vết nứt.
- ộ linh hoạt hóa học: chất nền cần có khả năng chứa một hỗn hợp của nhân
phóng xạ và một số chất gây ô nhiễm khác có thể cạnh tranh đến hiệu suất ổn định
hóa các chất phóng xạ.
-

ộ bền môi trƣờng: chất nền phải có khả năng chống chịu đƣợc sự xâm

thực của môi trƣờng dƣới các điều kiện chôn cất thực tế để giảm sự phát tán các
chất phóng xạ ra ngoài môi trƣờng.
1.1.3.1. Phương pháp xi măng hóa [6]
Xi măng đƣợc ứng dụng để ổn định chất thải phóng xạ có hoạt độ thấp hoặc
trung bình. Cơ chế của sự ổn định hóa là: sự tƣơng tác hóa học giữa các sản phẩm
hydrat hóa của xi măng và nhân phóng xạ, sự hấp phụ vật lý các chất ô nhiễm trên
bề mặt sản phẩm hydrat hóa, tính cách ly của các nhân phóng xạ trong khối xi măng
hóa rắn với các môi trƣờng bên ngoài. ó nhiều loại xi măng đƣợc sử dụng để cố
định chất thải nhƣ: xi măng Portland, xi măng Portland – natri silicat.
Việc lựa chọn các loại xi măng cho việc cố định hóa chất thải đƣợc xem xét
dựa trên các đặc tính của chất thải nhƣ: khả năng tƣơng thích của xi măng với chất
thải, độ ổn định hóa học của nhân phóng xạ, tính cách ly vật lý giữa dạng thải và
môi trƣờng, độ bền dạng thải, hình thức chất thải hóa rắn và chi phí - hiệu quả của
việc ổn định hóa. Trong thực tế, các chất phụ gia thƣờng đƣợc sử dụng để tăng tính
đóng rắn của chất thải phóng xạ khi sử dụng xi măng.

dụng mở rộng để cố định hóa các chất thải có hoạt độ thấp và trung bình (LILW)
phát sinh từ quá trình vận hành cũng nhƣ tháo dỡ các nhà máy điện hạt nhân.
Trong thực tế, dạng thải thủy tinh hóa không hoàn toàn là dạng thủy tinh thể
đồng nhất bởi nó chứa lƣợng nhỏ bọt, một số chất không thủy tinh nhƣ các oxit vật
liệu chịu lửa và các thành phần khác không hòa tan, nhƣ vậy dạng thải thủy tinh hóa
có thể đƣợc coi là một tập hợp của các pha tinh thể và pha thủy tinh, tuy nhiên cấu
trúc chủ yếu của dạng thủy tinh hóa vẫn là dạng vô định hình. Thủy tinh hóa là quá
trình nấu nóng chảy chất thải phóng xạ với các chất kết dính dạng thủy tinh để thu
đƣợc sản phẩm dạng thủy tinh trong đó các nhân phóng xạ đƣợc cố định bằng các

9


liên kết hóa học hoặc vật lý.

ộng học của quá trình hình thành thủy tinh yêu cầu

phải duy trì một tốc độ làm lạnh đủ lớn để tránh sự kết tinh và nhiệt độ cuối cùng
của quá trình làm lạnh thấp hơn nhiệt chuyển trạng thái thủy tinh Tg của vật liệu.
Tuy nhiên, đối với một số vật liệu sự hình thành thủy tinh không nhất thiết phải duy
trì một tốc độ làm lạnh nhanh nhƣ vậy, ví dụ nhƣ một số oxit, chalogen và muối.
Ngƣời ta thƣờng sử dụng loại thủy tinh phổ biến nhất là thủy tinh bo silicat, thủy
tinh silicat có thể hòa tan một dải rộng các nhân phóng xạ trong chất thải và dễ dàng
thay đổi các điều kiện của quá trình để tối ƣu các đặc tính của thủy tinh, boric oxit
đƣợc sử dụng để biến tính silica, hạ thấp nhiệt độ của quá trình trong khi duy trì độ
ổn định tốt.
ông nghệ thủy tinh hóa có mức độ giảm thể tích lớn và an toàn tuy nhiên
đây là một quá trình phức tạp và tốn kém đòi hỏi vốn đầu tƣ tƣơng đối cao và tồn tại
một số hạn chế. Ví dụ thủy tinh hóa không thích hợp với một số thải chứa các oxit
chịu lửa (spinel, R2O3) và chất thải phóng xạ chứa các chất dễ bay hơi (I, l), gây

Gốm đặc biệt, đó là không liên quan trực tiếp đến các loại gốm đề cập ở trên, bao
gồm gốm lò phản ứng (vật liệu hấp thụ, vật liệu lai tạo, nhiên liệu hạt nhân) và các
sản phẩm vật liệu chịu lửa [17].
Gốm sứ trong ổn định chất thải phóng xạ là sự sử dụng các pha tinh thể bền
cơ, bền hóa làm chất nền để cố định các nhân phóng xạ bên trong cấu trúc. Ví dụ,
các pha tinh thể có công thức hợp thức có thể chứa các nhân phóng xạ bên trong
tinh thể là NaZr2(PO4)3, monazit (Gd-La)PO4, hollandite BaAl2Ti6O16, zirconolite
(CaZrTi2O7), betafite (CaUTi2O7), sphene (CaSrTiO5), brannerite (UTi2O6),
pyrochlore

(Ln2Zr2O7),

perovskites

(CaTiO3),

magnetoplumbites

(CaSr)(Al,Fe)12O19, nepheline (Na,Cs)AlSiO4, zircon (ZrSiO4), v.v.
1.2.2. Các pha tinh thể trong ổn định hóa chất thải phóng xạ [8]
Ý tƣởng sử dụng vật liệu có cấu trúc tinh thể làm chất nền để ổn định hóa các
chất phóng xạ dựa trên tính tƣơng thích của pha tinh thể đối với các nhân phóng xạ
và độ bền lớn trong các điều kiện tự nhiên qua các thời kỳ địa chất. ác vật liệu có
độ ổn định nhiệt động và chứa hàm lƣợng các nhân phóng xạ tự nhiên cao qua hàng
triệu năm. ác tinh thể bền có hiệu suất đẳng cấu lớn trong việc gắn kết nhân phóng
xạ có trong chất thải hạt nhân, tính chất này đƣợc gọi là tính tƣơng thích tự nhiên.
Sự gắn kết nhân phóng xạ bên trong cấu trúc tinh thể xảy ra theo các cơ chế: các
nhân phóng xạ thay thế trực tiếp nguyên tố đẳng hóa trị trong ô mạng tinh thể; thay
thế bất đẳng hóa trị bởi sự bù điện tích ở vị trí xung quanh; xâm nhập vào các kênh
mở bên trong cấu trúc. Một số pha tinh thể đƣợc nghiên cứu cố định chất thải phóng

sử dụng quá trình nóng chảy các oxit ở nhiệt độ cao (1700-18000 ). Stennett đã
nghiên cứu sử dụng dạng thải đơn pha fluorite đối với Pu bao gồm zirconolite và
pyrochlore Gd2Zr1-60Ce0-20Hf0-2O7 trong đó e có vị trí tƣơng tự Pu và đƣợc chế tạo
bằng các phƣơng pháp đơn giản nhƣ ép nguội và thiêu kết [21].
Các khoáng vật đơn pha có thể chứa các nhân phóng xạ riêng biệt và có thể
đƣợc sử dụng làm chất nền cho sự ổn định các nhân phóng xạ. Tuy nhiên, hệ đơn
pha thƣờng khó chế tạo (thƣờng chứa các thành phần không mong muốn, pha thứ
hai có thể ở dạng vô định hình) và do chất thải phóng xạ chứa nhiều ion có kích
thƣớc và điện tích khác nhau vì vậy rất khó để kết hợp tất cả các nhân phóng xạ vào
trong hệ một pha. Trên cơ sở đó ngƣời ta thấy hệ đa pha có khả năng là vật liệu
triển vọng hơn cho sự cố định các nhân phóng xạ. ác thành phần của hệ nhiều pha
với các thành phần của chất thải phóng xạ có khả năng khâu mạng để cố định các
nhân phóng xạ trong các pha đó. Vật liệu đa pha tinh thể đƣợc chú trọng nhiều nhất
sử dụng cho ổn định hóa chất thải phóng xạ là synroc.

12


1.2.3. Vật liệu synroc [25]
Synroc là vật liệu kết hợp 3 hệ tinh thể Ba-hollandite (BaAl2Ti6O16),
perovskite (CaTiO3) và zirconolite (CaZrTi2O7) trong cấu trúc. Về phƣơng diện
tổng hợp, synroc có thể coi là một dạng vật liệu gốm tiên tiến trên cơ sở nền titan
đƣợc tạo thành trong hệ các oxit TiO2-Al2O3-ZrO2-CaO-BaO. Nhiều cation có điện
tích khác nhau có thể đƣợc gắn kết trong những pha tinh thể này và các tính chất về
khoáng học có xu hƣớng điều chỉnh một cách tự nhiên đối với những dao động
trong thành phần chất thải (trong một số giới hạn nhất định).
Việc cố định nhân phóng xạ vào trong cấu trúc của synroc có các ƣu điểm
nhƣ sau:
-


perovskite thƣờng là biến thể từ cấu trúc lập phƣơng với các cation Ca nằm ở đỉnh
của hình lập phƣơng, có tâm là cation Ti. ation này cũng là tâm của một bát diện
tạo ra bởi các anion O.

ấu trúc tinh thể có thể thay đổi từ lập phƣơng sang các

dạng khác nhƣ trực giao hay trực thoi khi các ion Ca hay Ti bị thay thế bởi các
nguyên tố khác mà hình thức giống nhƣ việc mạng tinh thể bị bóp méo đi, gọi là
hiệu ứng méo mạng Jahn-Teller. Trong thực tế, khoảng 90% các kim loại trong tự
nhiên trong bảng hệ thống tuần hoàn đều bền vững trong cấu trúc perovskit.

13


Hơn nữa, các perovskit có thể đƣợc tổng hợp bằng cách thay thế một phần các
cation

và B bằng các cation khác là

thức là (

x

’1-x)(ByB’1-y)O3.

’ và B’ tạo thành perovskit có công

iều đó dẫn đến sự đa dạng về tính chất của

các perovskit. ây cũng là tính chất quan trọng đƣợc ứng dụng trong để cố định các

Khoáng chất hollandite tự nhiên có công thức BaMn8O16 với mangan có hóa
trị 2+, 3+, 4+. Tuy nhiên, có nhiều dạng đồng hình của hollandite trong đó có
BaAl2Ti6O16 với sự thay thế Mn2+ và Mn4+ trong hollandite tự nhiên bởi l3+ và Ti4+
và BaAl2Ti6O16 là một pha của synroc. Hollandite có cấu trúc cơ sở bát diện TiO6,
cation nhẹ đƣợc phối vị với các bát diện và các bát diện chia sẻ các cạnh tạo thành
một chuỗi đôi chạy song song với trục

(một chuỗi đôi gồm hai dải, mỗi dải là các

bát diện xếp với nhau dùng chung các cạnh và hai dải liên kết với nhau bằng cách
dùng chung cạnh còn lại của các bát diện trong mỗi dải) đến lƣợt mình chuỗi đôi
của các bát diện chia sẻ các đỉnh của các bát diện với các chuỗi đôi khác tạo thành
một khung cấu trúc 3 chiều chứa các kênh mở chạy dọc theo trục

.

ác cation

nặng (Ba, s) đƣợc định vị trong các kênh mở đó. ác cation nặng này đƣợc phối
trí bởi 8 nguyên tử oxy tại các đỉnh của bát diện của các kênh mở tạo thành ô cơ sở
có dạng lập phƣơng méo.
ông thức tổng quát của họ hollandite là
nặng định vị trong các kênh mở và B,

x(ByC8-y)O16

ở đó

là các cation


- Chi phí cho quá trình ổn định hóa không cao.
1.2.3.2. Các dạng vật liệu synroc [20]
Synroc đƣợc đặt tên theo mục đích ứng dụng đối với từng loại chất thải, điển
hình là: Synroc B, C và D.
Synroc B: Là công thức synroc cơ bản gồm 3 pha tinh thể chính là perovskit,
zirconolite, hollandite và chƣa nạp chất thải phóng xạ (không có phóng xạ), tỷ
lƣợng của perovskite và zirconolite trong synroc B tƣơng đƣơng với tỷ lƣợng trong
tự nhiên. Tuy nhiên, pha hollandite trong synroc B có cấu trúc đồng hình với
khoáng tự nhiên (BaMn8O16). Một lƣợng nhỏ không đáng kể các pha giả brookite
(Al2TiO5), rutile (TiO2) và corundum (Al2O3) là những sản phẩm phụ đƣợc hình
thành từ lƣợng dƣ Al và Ti trong quá trình tổng hợp. ả ba pha chính trong synroc
đều có khả năng hình thành các dung dịch rắn.
Synroc C: Là synroc B đƣợc nạp nhân phóng xạ trong chất thải hoạt độ cao
đến 10% khối lƣợng, synroc

có tính chất hóa học, khoáng học tƣơng tự nhƣ

16


synroc B. Thành phần các nhân phóng xạ trong chất thải hoạt độ cao có thể đƣợc
nạp tải tạo dạng synroc

đƣợc đƣa ra ở bảng 1.2.

Bảng 1.2. Thành phần các nhân phóng xạ trong
chất thải phóng xạ hoạt độ cao
Tên nguyên tố

Ghi chú


3,5

Ba

3,5

Rb

1,3

U+Th

1,4

Am+Cm+Pu+Np

Các actinit

Fe
(PO4)

6,4
Sản phẩm phụ

Na
Tc, Rh, Te, I, Ni, Cr

0,2


4+

Cr

3+
2+

Ni
Fe

2+

K

+
+

Cs

+

Rb
Na

Zirconolite
U

4+
4+


4+
4+

Th

4+

Cm

4+

Pu

3+

Am
Y

3+

RE
Sr

3+

2+

Na

+


Fe2O3

53,17

36,13

5,32

Al2O3

4,89

28,26

76,05

MnO2

3,56

9,94

4,37

U3 O8

12,34

3,26


5,08

1,96

Na2SO4


7,7

1,1

2,1

58,3

BaO

0,7

0,7

0,1

-----

FeO

7,1

1,9

1,4

13,3

ZrO2


0,1

0,2

-----

------

NiO

3,2

0,2

0,5

21,0

UO2

0,7

1,7

3,5

------

Cs2O


96,5

98,1

97,2

100

1.3. ác tính chất của vật liệu ổn định hóa nền synroc
1.3.1. Tính chất vật lý của vật liệu ổn định hóa nền synroc [15]
Những nhƣợc điểm chính của vật liệu synroc sau khi đã ổn định hóa chất thải
phóng xạ (sau đây gọi tắt là synroc phóng xạ) là độ bền kéo ở nhiệt độ phòng thấp
so với một số vật liệu và giòn, dễ nứt vỡ.

ộ giòn của synroc phóng xạ xảy ra khi

không có sự biến dạng đàn hồi trƣớc đó do các liên kết nguyên tử bền bên trong cấu
trúc. Sự nứt vỡ có thể bắt đầu từ phần mở rộng vết nứt nhỏ, đặc trƣng bởi biến dạng
đàn hồi. Sự vắng mặt của biến dạng đàn hồi cục bộ dẫn đến sai hỏng tại các vị trí có
ứng suất cục bộ cao, ví dụ ở các rãnh, sự tiếp xúc giữa các vật liệu khác nhau hoặc
bởi quá trình sốc nhiệt. Sự phân tán lớn về cƣờng lực là do sự phân bố thống kê về
kích thƣớc và vị trí các lỗ hổng. Vết nứt mở rộng tới hạn có thể gây ra sai lỗi dƣới

20


sự nạp tải cố định hay theo chu kỳ trong sự hoạt động của một thành phần và do đó
sẽ dẫn đến sự hạn chế về tính chất sản phẩm.
Hệ số giãn nở nhiệt α, dẫn nhiệt λ, điện trở suất ρ, nhiệt dung riêng


nứt (giảm tính thấm, tăng áp lực dòng).
Khe chứa chất lỏng trong cấu trúc vi mô của vật liệu với vết nứt micro có độ
dài nhỏ hơn 0,1mm và chiều rộng hoặc chiều dài nhỏ hơn 0,01 mm có thể xuất hiện
nhƣ một dạng cấu trúc động học trong khoảng thời gian ngắn do sự lan truyền

21


nhanh của sự hòa tan với ứng suất cao, tạo bởi sự tập trung ứng suất ở đầu vết nứt
và sự gắn lành nhanh gây ra bởi hiệu ứng năng lƣợng bề mặt, điều này cũng có thể
dẫn đến sự thâm nhập dòng chất lỏng .
Sự biến dạng vi cấu trúc có thể gây bởi sự dịch chuyển chất tại một số vị trí
và chuyển chúng đến một số vị trí khác trong cấu trúc. Trong quãng đƣờng dịch
chuyển đó có một số vị trí làm tăng thể tích, một số làm giảm thể tích, một số khác
không thay đổi. Sự biến dạng này có thể xuất hiện với độ dài quãng đƣờng dịch
chuyển chất lớn hơn kích thƣớc hạt. Nếu kích thƣớc hạt hiệu dụng ban đầu lớn hơn,
tốc độ vận chuyển để tạo biến dạng phải nhỏ so với áp lực trƣờn chất lỏng của hạt.
Một số biến dạng vi cấu trúc có thể đƣợc tạo bởi sự vận chuyển vật chất gây bởi các
ứng suất và sự tấn công nhiệt động học của chất lỏng.
ơ chế “hòa tan – kết tủa” là một cơ chế gây biến dạng của đá, sự biến đổi
bên trong cấu trúc của đá có thể đƣợc mô tả trong hình 1.5

Hình 1.5. Sự biến đổi bên trong cấu trúc của đá.
Quá trình biến đổi xảy ra bởi sự chênh lệch của các ứng suất lên các mặt biên
của hạt, đối với bất kỳ một hạt ứng với một ứng suất khác nhau là một áp suất hiệu
dụng khác nhau, mặt khác nồng độ cân bằng là một hàm của áp suất, nhƣ vậy khi
tồn tại một gradient áp suất đều tồn tại một gradient về nồng độ và sự khuếch tán
vận chuyển vật chất.

ộng học quá trình biến đổi xảy ra theo thứ tự gồm có ba giai