Sachverhalt: A. Das Obergericht des Kantons Luzern sprach den am 6. September 1982 geborenen X._ im Berufungsverfahren mit Urteil vom 5. November 2007 unter anderem schuldig der qualifizierten Vergewaltigung, der sexuellen Handlungen mit Kindern, der mehrfachen schweren Körperverletzung, des mehrfachen Raubs, der räuberischen Erpressung und der Freiheitsberaubung. Unter Zubilligung einer teils in mittlerem, teils in leichtem Grade eingeschränkten Zurechnungsfähigkeit und Berücksichtigung seines Alters wurde er mit sieben Jahren Freiheitsstrafe unter Anrechnung der Untersuchungshaft bzw. des vorzeitigen Strafvollzugs bestraft. Anstelle der vom Kriminalgericht verhängten Verwahrung ordnete das Obergericht des Kantons Luzern eine stationäre psychotherapeutische Behandlung in einer spezialisierten, geschlossenen Einrichtung unter Aufschub der noch nicht verbüssten Freiheitsstrafe an. Die Vollzugs- und Bewährungsdienste des Kantons Luzern stellten die stationäre psychotherapeutische Behandlung am 25. September 2008 aufgrund der im Therapiezentrum "Im Schache" festgestellten Massnahmeunfähigkeit von X._ ein. Am 29. September 2008 beantragte die Staatsanwaltschaft des Kantons Luzern die Umwandlung der therapeutischen Massnahme in eine Verwahrung. Nachdem das Obergericht des Kantons Luzern von Amtes wegen ein Ergänzungsgutachten zur Frage der Therapiefähigkeit von X._ eingeholt und den Parteien hierzu das rechtliche Gehör gewährt hatte, ordnete es am 3. Dezember 2010 eine Verwahrung im Sinne von Art. 62c Abs. 4 StGB in Verbindung mit Art. 64 Abs. 1 lit. b StGB an. B. Mit Beschwerde in Strafsachen beantragt X._, der Entscheid des Obergerichts des Kantons Luzern vom 3. Dezember 2010 sei aufzuheben, von der Anordnung einer Verwahrung sei abzusehen und stattdessen erneut eine stationäre psychotherapeutische Behandlung in einer geschlossenen Einrichtung anzuordnen. Eventuell sei die Sache zur neuen Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Zudem sei ihm die unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung zu gewähren. C. Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.