核素迁移的研究是放射性废物处置安全评价的重要组成部分，而目前核素在非均匀介质中的迁移问题一直是国内外专家无法攻克的难题，为了寻找其在非均匀介质中的迁移规律，本论文以Sr、U在非均匀介质中迁移的实验为基础，采用瞬时源的方法进行实验研究，以期通过实验得到某些核素在非均质中迁移的认识和规律。本论文设计了15个土柱来模拟较为简单的水文地质原型，通过对实验数据的分析，总结出一些Sr、U在均匀介质以及非均匀介质中迁移特征，同时探讨了Sr、U在非均匀介质中迁移机制。核素迁移过程遵循着一般非线性系统演化具有的普遍规律，即由无序到有序，再由有序到混沌的过程，是一确定性与随机性的统一体。因此，核素迁移的整体统一性决定了我们可以通过实验认识核素在非均匀介质中迁移的某些规律。研究中通过应用分形理论以及幂律规律，间接的揭示出了核素迁移速度、滞留系数与非均匀介质之间的关系，即介质粒径的大小及其均匀程度影响着核素迁移的渗透速度及滞留系数。应用MATLAB软件对Sr、U在土柱中迁移曲线进行拟合，通过拟合Sr、U的迁移曲线多为指数函数，并反应出Sr、U在非均质中迁移的相同点与不同点。非均匀介质的复杂性及非线性理论的博大精深，是远远不能靠一次实验研究就能解决的，需要进一步的研究。然而现实过程中，利用非线性系统分析的方法结合核素迁移的滞留系数以及核素的迁移速度，分析核素周围的地质介质的情况及其均匀程度，具有较好的现实意义。因此，非线性理论为核素在非均质中迁移的特征提供了新的思路。