sou · GQB363 · 2003-01-01 00:00:00 — KASAM anser att det finns anledning att inte bara fastställa allmänna gränsvärden för föroreningar utan att också undersöka hur kombinationer av föroreningar kan påverka den långsiktiga stabiliteten i bufferten, både positivt och negativt. Enligt KASAM:s bedömning vore det mycket värdefullt om SKB i samband med sina studier av andra sammansättningar av buffertmaterialet också undersökte hur en begränsad illitisering respektive cementering påverkar för bufferten viktiga para- metrar. KASAM understryker behovet av fortsatta studier kring frigörelse, transport och utfällning av löst kisel och andra ämnen i bufferten. Som konstateras på sidan 123 har KASAM vid granskningen av SR 97 ansett att kunskaperna om bentonitens adsorptionsegen- skaper inte har utnyttjats maximalt och att de sorptionsmodeller för radionuklider som används är relativt primitiva. Med hjälp av den kunskap som finns om huvudmineralens spe- cifika yta, katjonbyteskapacitet, typ och koncentration av till- gängliga ytplatser, temperatur- och jonstyrkevariationer anser KASAM att det bör vara möjligt att åstadkomma en mer sofisti- kerad sorptionsmodell, som inkluderar jonbyte, adsorption och ytutfällning av de viktigaste radionukliderna som funktion av ämnenas koncentration och porvattnets pH-värde. Den initiala vattenmättnaden av bentoniten i förvaret kommer antagligen inte att bli jämnt fördelad genom hela buffertens volym. Enligt diskussionen på sidan 103 har beräkningar visat att kapselns mekaniska integritet inte påverkas av ojämn bevätning. Denna slutsats bygger dock på ett antal förutsättningar om förhöjd vattenkvot vid tillverkningen av bentonitblocken och att den yttre spalten fyllts med vatten. Till detta kommer det faktum att det uppstår en temperaturgradient i bufferten på grund av strålningsvärmen från bränslet. Kombinationen av bevätning och temperaturdifferenser i buffer- ten med påföljande värmetransporter som funktion av tid och vattenkvalitet är ett utmanande forskningsområde. konstaterar med tillfredsställelse att SKB genomför en studie av dessa frågor. På sidan 94 hänvisar SKB till försök, som indikerar att MX-80 bentonit har en förmåga att, som det uttrycks, öppna sig och släppa ut stora mängder gas, som kan ha bildats vid korrosion av järninsatsen i en defekt kapsel. Därefter förutsätts att alla skador, som uppkommit genom denna process, åter skall läka och att buffertmaterialet skall återta sina ursprungliga kvaliteter. Hela detta förlopp är mycket förenklat beskrivet och det finns en rad parametrar, som har stor inverkan på förloppet som till exempel vattenmättnadsgrad och svälltryck. Gasers löslighet i porvatten är dessutom beroende av gasens partialtryck och varierar även med temperatur och jonstyrka. Det finns kvarvarande osäkerheter, i fråga om förståelsen av gastransport i buffertmaterialet och sambandet mellan gasflöde och svälltryck. KASAM anser därför att det är bra att SKB prioriterar detta område och att det krävs både experiment och modellutveckling för att reda ut processen. Det finns ett antal kortsiktiga reaktioner som i sin tur påverkar de långsiktiga förloppen. Dit hör vattenmättnaden vid olika jon- styrkor och sammansättning på grundvattnet. I allmänhet gäller att en hög koncentration av katjoner med hög laddning leder till flockning av lermineralpartiklar, vilket påverkar svällningen negativt och ökar den hydrauliska konduk- Sura förhållanden tenderar att orsaka flockning medan basiska förhållanden i allmänhet leder till dispergering. KASAM ser positivt på den ytterligare forskning om bentonit- erosion som beskrivs i FUD-program 2001. Deponeringstunnlar, transporttunnlar, schakt och ramper från markytan samt borrhål måste återfyllas, allra senast när en eventuell övervakningsperiod efter deponeringen avslutats. SKB redovisar sina krav på återfyllningen av tunnlarna på förvarsnivå. Kraven gäller i tillämpliga delar även för öppningarna mot markytan. Kraven på återfyllningen är att den skall ha en täthet som minimerar buffertens expansion uppåt, den skall ha en hydraulisk konduktivitet som är jämförbar med det omgivande bergets, den skall uppnå ett svälltryck mot taket, som kan motstå blockutfall, och skall bibehålla en svällförmåga, som kan täta eventuella effekter av kanalbildning och kryprörelser, samt den inte får ha negativ påverkan på barriärerna i förvaret. KASAM har uppmärksammat återfyllningen av deponeringstunnlarna som ett problem för slutförvaringen. I yttrandet över FUD-program 95 pekade KASAM på svårig- heterna att återfylla tunnlarna med en blandning av bentonit och ballast (bergkross). KASAM återkom till frågan i yttrandet över FUD-program 98, där KASAM pekade på återfyllningens stora betydelse för förvarets funktion och svårigheten att kontrollera kvaliteten på återfyllningen i efterhand, om den består av en blandning av krossat berg och bentonit. För att tillgodose de uppställda kraven avser SKB att återfylla med en blandning av bergkross och bentonit. Blandnings- förhållandet bestäms av grundvattnets salthalt och förutses ligga mellan 85/och 70/. Bufferten är enligt KASAM:s bedömning en för säkerheten viktigare barriär än återfyllningen. Buffertens barriärfunktion är avhängig dess täthet. Så länge den initiala tätheten består utgör bufferten ett mycket värdefullt skydd för kopparkapseln mot föroreningar och mikrober i grundvattnet och ett betydande hinder mot transport av radionuklider från kapseln till det om- givande berget. En förutsättning för detta är att buffertens utsvällning begränsas i tillräcklig grad. Kravet på att den hydrauliska konduktiviteten skall vara jäm- förbar med bergets motiveras med att deponeringstunnlarna annars kan utgöra konduktiva vägar som påverkar vattenomsätt- ningen i förvaret. Vattenomsättningen bestäms främst av den tryckskillnad, gradient, som driver grundvattnet och av vattengenomsläppligheten (transmissivite- ten) i de sprickor som mynnar i tunnelsystemet. En återfyllning som är porösare än bergets spricksystem omfördelar grund- vattenflödet, men det behöver inte vara någon nackdel ur säker- hetssynpunkt om radionuklider, som frigörs från bufferten, till största delen transporteras in i återfyllningen. Där fördelas de i en större vattenvolym och exponeras för en större sorptionsyta än om de transporteras i en bergspricka. En porös återfyllning kan också ha fördelar vad gäller mättandet av bufferten med grundvatten under initialskedet efter förslutningen. SKB döljer inte de svårigheter som en inblandning med bentonit i bergkrossen för med sig. SKB kommer sålunda att undersöka om bentoniten kan bilda kolloidala partiklar i för- varsmiljön. SKB har på sitt program även studier av möjligheten att an- vända andra naturliga leror som återfyllningsmaterial och kom- mer att fortsätta sin inventering av alternativa återfyllnings- material. KASAM anser att om de olika kraven på återfyllningen visar sig svåra att förena bör dess funktion att begränsa utsvällningen av bufferten prioriteras. SKB bör enligt KASAM:s uppfattning göra funktionsanalyser av systemet buffert–återfyllning–geosfär för att belysa fördelar och nackdelar med olika typer av återfyllning, inklusive enbart naturliga leror, blandningar av bergkross och lera samt enbart bergkross med en sådan storleksfördelning som ger maximal motståndskraft mot sammanpressning på grund av bentonit- buffertens expansion. Analysen skall naturligtvis omfatta, så långt detta är möjligt, utvecklingen på lång sikt av de tre typerna av återfyllning i grundvattenmiljöer med olika salthalter. De utrymmen som skall återfyllas – deponeringstunnlar, transporttunnlar samt schakt och ramper till markytan – kan behöva fyllas med material med olika egenskaper. Det framgår inte av FUD-program 2001 om SKB kommer att uppmärksamma frågor om vittring av bergkross i återfyllnads- materialet. Enligt KASAM:s bedömning bör detta ske. Det framgår inte heller av programmet om det finns några krav på storleksfördelningen hos partiklarna i bergkrosset. Hur bra det går att blanda och packa bergkrosspartiklar och bentonit beror på hur stora bergkrosspartiklarna är. Bentonitpartiklar är mycket små, mindre än , i varje fall efter dispergering, medan bergkrosspartiklarna torde vara av varierande storlek i skalan mm till dm. Upplösningshastigheterna (vittringen) för olika material som ingår i bergkross är väldigt varierande och dessutom beroende av partikelstorleken. Det blir förmodligen nödvändigt att sikta bort de största och minsta partiklarna i bergkrosset för att dels åstad- komma en tillräckligt tät blandning men också för att undvika en alltför snabb upplösning. Kaliumfältspater, som kan generera kaliumjoner vid vittring, bör undvikas eftersom det kan bidra till illitisering. Vittrings- hastigheten ökar vid låga pH-värden och med ökande tempe- ratur. Höga salthalter i vattnet kan också bidra till frigöring av kaliumjoner genom jonbyte. SKB bör sätta en begränsning för hur mycket kalium bergkrosset får innehålla för att få användas i återfyllningen. Återfyllningen kan bli en dominerande transportväg för radio- nuklider från bufferten till berggrunden, vilket som framhållits inte behöver vara någon nackdel. SKB har beräknat sorptionskoefficienter för radionuklider i återfyllningen genom sammanvägning av fördelningskoefficienter för bentonit och berg i proportion till deras andelar i återfyllningen. Bergkross från de platser, som kommer att undersökas, bör kunna an- vändas för experimentell bestämning under representativa för- hållanden av sorption och indiffusion i återfyllningsmaterialet vid olika salthalter i grundvattnet och för utveckling av modeller för extrapolering i tiden. Vid geologisk förvaring av använt kärnbränsle utgör berg- grunden den yttersta barriären mot biosfären. Mekanisk stabi- litet i berget samt kontroll över sprickor och grundvatten- förhållanden är viktiga faktorer vid anläggandet av ett djupförvar. Geosfärskapitlet (kapitel 8) i FUD-program 2001 tar inte upp platsspecifika tidsplaner för byggandet av ett djupförvar, men SKB har pekat på att stora resurser och kompetens kommer att tas i anspråk i samband med platsundersökningarna. Dessa utgår från KBS-3-metoden som planeringsförutsättning. SKB har bemödat sig om att försöka täcka alla frågeställningar, som på något sätt kan tänkas vara kopplade till ett djupförvar. Detta är bra, men måste en prioritering av frågeställ- ningarna göras. Ett djupförvar enligt KBS-3-metoden kommer att bestå av flera barriärer (kapsel, buffert, återfyllning och berg- grund). Det kommer, med de av SKB föreslagna platsundersök- ningsområdena, att vara beläget i en kristallin berggrund tillhörande den Baltiska skölden. Den geoinformation som kommer att samlas in i samband med platsundersökningarna kommer att bli avgörande för djup- förvarets framtida funktion. SKB pekar på att en metodisk hantering av all denna information kommer att bli viktig. prognostisera en framtida utveckling i 100 för den kris- tallina berggrunden är kunskapen om den Baltiska skölden och dess geologiska historia helt avgörande. Tektoniken (se faktaruta) och i synnerhet spricktektoniken är för ett djupförvar i kristallin berggrund oerhört viktig. Eftersom sprickor inte kan dateras i sig, bör man i stället studera sprick- bildning i bergarter av olika åldrar. En analys av när, var och hur de sprickor, som vi nu ser i berggrunden, bildades efterlyses och då inte enbart i ett platsundersökningsperspektiv. Även proces- sen reaktivering, det vill säga rörelser längs befintliga sprickor, måste studeras och förstås för att ett säkert djupförvar skall kunna skapas. Tektonik innebär i detta sammanhang deformation av berg- grunden, på grund av rörelser i den. Sådan deformation kan vara antingen plastisk eller spröd. Vid plastisk deformation uppför sig berget som en trögflytande massa, varvid till exem- pel veckstrukturer eller förskiffring uppkommer. Vid spröd deformation är berget hårdare och då bildas till exempel sprickor eller sprickzoner. Vid deformation i berggrunden uppstår vanligtvis förkastningar. KASAM bedömer att den huvudsakliga inriktningen på fortsatta undersökningar av geosfären enligt FUD-program 2001 är ända- målsenlig. SKB:s målsättning har tidigare angivits vara att få geologisk bredd för platsvalet genom studier av olika typer av berggrund. I yttrandet över FUD-program 98 framförde KASAM kritik över att basiska, magmatiska bergarter avfärdats på ett alltför kortfattat sätt i FUD-programmet. I ett jämförande perspektiv ansåg KASAM att de basiska bergarterna inte borde avskrivas i detta skede. I sitt yttrande över FUD-K – Samlad redovisning av metod, platsval och program inför platsundersökningsskedet, som är en komplettering av FUD-program 98 från SKB – anförde KASAM att SKB, parallellt med att platsundersökningar påbörjas på föreslagna platser, borde överväga om det finns förutsättningar att identifiera ett område som skulle representera andra geologiska förhållanden än de tre föreslagna områdena i , och Tierps kommuner efter det att gnejsområdet Fjällveden fallit bort på grund av kommunens nej. KASAM angav att motiven för att undersöka ett sådant område är så starka, att sökandet inte bör begränsas till de kommuner där förstudier har utförts. KASAM refererade till geologiska data från den tidigare typområdesundersökningen vid (Ceberg), som domineras av gnejsbergarter av sedimentärt ursprung, så kallade sedimentgnejser, med låg vattengenom- släpplighet i bergmassan på aktuella djup och grundvatten med låga salthalter, vilket bedömdes som gynnsamma förhållanden för ett slutförvar. I FUD-program 2001 utgår SKB från de tre tidigare föreslagna områdena för platsundersökningar , och Tierps kommuner. Områdena betecknas Simpevarp (Simpe- varpsområdet betecknar här Simpevarpshalvön och stora om- råden väster därom), Forsmark och norra. Efter beslut i de berörda kommunerna kvarstår dock endast två av dessa lokaliseringsalternativ, nämligen Forsmark och Simpevarp, för fortsatta platsundersökningar. Alternativet norra (med lokaliseringsalternativ norra/) i Tierps kommun har fallit bort efter beslut i kommunfullmäktige . Detta innebär att SKB kommer att fördjupa de geologiska kunskaperna med avseende på två granitalternativ: Granit i Simpevarp samt gnejsgranit (i form av en tektonisk lins) i Detta bör dock inte utesluta möjligheten att göra en prin- cipiell jämförelse mellan bergartens egenskaper på dessa båda platser och egenskaperna hos andra bergarter (till exempel basiter, sedimentgnejser och gråvackor), som i viss omfattning har studerats vid tidigare typområdesundersökningar. En sådan jämförelse bör ingå i beslutsunderlaget för ett framtida val av plats enligt kraven i 2 kapitlet 4 § (se faktaruta). Krav enligt 2 kap. Enligt 2 kap. 3 § (1998:808) ska bästa möjliga teknik användas vid yrkesmässig verksamhet. I samma kapitel 4 § krävs val av lämplig plats, som ska väljas så att ändamålet kan uppnås med minsta intrång och olägenhet för människors hälsa och miljön. KASAM anser att bergets egenskaper, enligt resultat från plats- undersökningarna, bör redovisas mot bakgrund av egenskaperna hos andra bergarter. Utvecklandet av de av SKB angivna beskri- vande bergmekaniska modeller för potentiella förvarsplatser bör enligt KASAM kompletteras med möjligheter att göra jäm- förande bedömningar av bergarter med olika egenskaper (såväl berggrundskemiska som hydrogeologiska). den mekaniska utvecklingen bestäms av hur geosfären svarar på de olika mekaniska laster den utsätts för. Lasterna kan utgöras av den termiska expansion som uppvärmningen av förvaret leder till, trycket från svällande buffert och återfyllning, effekter av jordskalv och den storskaliga tektoniska utvecklingen. Förändringarna i geosfären kan förekomma i form av sprickbildning, reaktivering (plötsliga rörelser i befintliga sprickor) eller bergkryp (långsamma omlagringar i berget, se faktaruta). Dessutom förekommer rörelser i intakt berg det vill säga kompression eller expansion av i övrigt in- takta bergblock, samt erosion, det vill säga vittring av ytberget, framförallt i samband med istider. Bergkryp innebär att en del av berget belastas med en till- räckligt hög last som inte överskrider bergets hållfasthet. Om denna last verkar över kommer icke-elastiska deformationer att uppkomma som i vissa fall kan leda till brott. Enligt KASAM:s bedömning är beskrivningen i FUD-program 2001 av de mekaniska lasterna bra. För att beskrivningen av de mekaniska lasterna ska bli komplett borde man även kommen- tera att det uppstår en spänningsomlagring som ett resultat av att man avlägsnar berget i samband med byggandet av förvaret. Detta gör att spänningarna i vissa delar av berget ökar medan de i andra delar minskar. En ökning innebär en ökad risk för att spänningsnivån skall bli kritisk, det vill säga bli högre än den spänning som berget kan bära. En minskning kan innebära att dragspänningar uppstår som gör att naturliga sprickor som korsar öppningen, kan öppnas. – Förändringar orsakade av nya istider nämns inte heller. Ett islager innebär en ökning av de naturliga spänningsnivåerna, som grund- vattennivån förändras. Om de rörelser som förekommer i de intakta bergblocken antas vara elastiska eller ej framgår inte av beskrivningen. En elastisk deformation av ett bergblock betyder att dess form förändras utan någon sprickbildning. Formförändringen ger där- emot upphov till en rörelse i de sprickor som omger bergblocket. Man får med detta betraktelsesätt maximala rörelser i de befint- liga sprickorna men bergblocket är skyddat. Om spänningsnivån är hög kan man dock inte bortse från möjligheten att icke- elastiska deformationer kan ske i bergblocken, det vill säga att nya sprickor bildas. KASAM har ingen invändning mot den översiktliga beskrivning av processer i geosfären som görs men förordar att SKB utveck- lar programbeskrivningen med hänsyn till de effekter som kan uppkomma på grund av bergspänningsomlagring vid uppförande av ett djupförvar. 9.5Rörelser i intakt berg I SR 97 definieras rörelse i intakt berg huvudsakligen som elastiska rörelser utan synlig sprickbildning under måttliga laster. Inga frågor för ytterligare forskning identifierades för denna process i SR 97 eller FUD-program 98 eller dess granskning. Som nyvunnen kunskap sedan FUD-program 98 och SR 97 nämns en serie tester på bergartsprover från Äspö-laboratoriet, vilka givit ytterligare parametervärden på elasticitetsegenskaper- na. I planerade forskningsprogram skall metoder för att utveckla beskrivande bergmekaniska modeller för potentiella förvars- platser tas fram inför platsundersökningarna. för att beskriva och förstå rörelser i intakt berg kommer att analyseras inom programmet för metodutvecklingen. Med hänsyn till kvarvarande osäkerheter om bergets elasticitet, anser KASAM att SKB:s programförslag är väl motiverat. I SR 97 avses med termisk rörelse den grundläggande termo- mekaniska processen volymutvidgning vid temperaturökning. Inga frågor för ytterligare forskning identifierades vare sig i SR 97 eller FUD-program 98 eller granskningen av dessa. SKB anger dock att termiska processer genererar spänningar som kan ge upphov till reaktivering och sprickbildning. I SR 97 be- handlades därför effekterna av termisk rörelse under process- rubrikerna Reaktivering – rörelse längs befintliga sprickor samt Sprickbildning. Med hänsyn till kvarvarande osäkerheter om förståelsen av ter- misk rörelse, anser KASAM att SKB:s programförslag är väl motiverat. I SR 97 avses med tidsberoende deformationer både de defor- mationer som beror av förändrade belastningsförhållanden på grund av till exempel tektoniska rörelser och de som beror av bergets inneboende tidsberoende deformationsegenskaper. Den första typen av tidsberoende deformationer uppskattas i SR 97 genom att använda tektoniskt betingade genomsnittliga töjningshastigheter i den Baltiska skölden och genom att om- sätta dessa hastigheter till spänningstillväxt. Vidare sägs att den konceptuella förståelsen för kryprörelser i berg är dålig, vilket innebär att effekterna inte kan kvantifieras eller beskrivas i detalj. Enligt KASAM:s bedömning är det en brist att endast de tektoniska krafterna kommenteras som exempel på förändrad belastning. En istillväxt på markytan med upp till 3 km tjocklek ger upphov till en betydande påverkan på belastningen. I det föreslagna forskningsprogrammet kommer effekterna av krypbetingad konvergens av deponeringstunnlar att gränssättas med hjälp av beräkningar för att bland annat klargöra hur åter- fyllnadsmaterialets egenskaper påverkar konvergensen. Vidare skall eventuellt ett forskningsprogram startas som behandlar krypning i sprickor. De kryprörelser som sker i det intakta berget anses försumbara. Enligt KASAM:s bedömning är SKB:s antaganden och projekt rimliga för att öka kunskaperna i fråga om kunskapsområdet tidsberoende deformationer, där det fortfarande finns kunskaps- luckor. SKB framhåller i SR 97 att förståelsen för hur sprickbildnings- processer skall hanteras beräkningsmässigt är bristfällig. Det finns utvecklade teoretiska modeller för sprickbildning och sprickpropagering (spricktillväxt), men ingen bra kunskap om hur man på ett ändamålsenligt sätt kan omsätta dessa till an- vändbara beräkningsmodeller. Däremot finns erfarenhetsbase- rade hållfasthetskriterier. Slutsatsen i SR 97 är att förändringar i kapselhålens geometri och risken för skador på kapseln på grund av sprickbildning har liten betydelse i jämförelse med effekterna av reaktiverings- processen. Områdena kring kapselhålen som är nära brottillstånd är små enligt de brottkriterier som tillämpats. Vidare sägs att myndigheterna anser att omfattningen av den testning av berg- prover som gjorts för att bestämma hållfasthets- och deforma- tionsegenskaper är för liten. Nyvunnen kunskap sedan FUD-program 98 och SR 97 är fler data för två brottkriterier. I planerade forskningsprogram skall metoder för att utveckla beskrivande bergmekaniska modeller för potentiella förvars- platser tas fram inför platsundersökningarna. Behovet av even- tuella insatser för att beskriva och förstå sprickbildningspro- cessen kommer att analyseras inom programmet för metod- utvecklingen. Vidare pågår ett arbete med att formulera sprickutbrednings- kriterier för simulering av spröda uppsprickningsförlopp. Ett annat projekt behandlar återfyllningens/buffertens roll för att begränsa uppkomst och utveckling av progressiva spröda brott i bland annat tunnelväggar. Enligt KASAM:s bedömning bör FUD-program 2001 bidra till nödvändig ökad förståelse av sprickbildningsprocesser. 9.9Reaktivering – rörelse längs befintliga sprickor Berggrunden skall svara för mekanisk stabilitet samt hindra radioaktivt material från förvaret att nå biosfären. Det farliga materialet kan ta sig fram längs bergartens/bergarternas sprick- system. En sprickfri berggrund, som är bra av detta skäl, existe- rar emellertid inte. Sprickorna utgör även en mekanisk svaghet i berget och nya påkänningar tas normalt upp i de befintliga sprickorna. Naturliga bergspänningar och spricksystem på förvarsplatsen samt förändringar som sker vid byggandet fordrar fortsatt uppmärksamhet. En viktig fråga är hur förvaret skall byggas i förhållande till befintliga spricksystem. detta förutsätter att inga deponeringshål skärs av sprickor av flera hundra meters utsträckning och att det kapselskadekriterium (skjuvning) som gällt håller också framgent. Av detta kan man få uppfattningen att en skjuvning kräver flera sprickor. Kopplingen mellan en sprickas längd och den möjliga skjuvrörelsen finns, men det förhållande mellan spricklängd och skjuvrörelse som SKB anger behöver bekräftas av observationer efter jordskalv samt fault slips (blockutfall) i underjordsgruvor. I planerade forskningsprogram skall metoder för att utveckla beskrivande bergmekaniska modeller för potentiella förvars- platser tas fram inför platsundersökningarna.