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Technical Report NTB 84-32
An assessment of the corrosion resistance of the high-level waste containers proposed by Nagra
Das Konzept der Nagra für die Endlagerung hochaktiver Abfälle sieht einen Behälter vor, der die Abfälle vom Grundwasser während einer Zeit von mindestens 1000 Jahren isoliert. Zwei Behältertypen werden von der Nagra im Rahmen der gegenwärtigen Projekte zur grundsätzlichen Machbarkeit der Endlagerung vorgeschlagen; der eine, der für verglasten, wiederaufbereiteten Abfall vorgesehen ist, ist als selbsttragende Schale konzipiert; das Material ist Stahlguss GS-40; der andere, für die direkte Endlagerung abgebrannter Brennelemente, ist eine Anpassung schwedischer Entwürfe; dabei werden die Brennelemente in Blei innerhalb eines dickwandigen Kupferbehälters eingegossen.
Die Beurteilung des Korrosionswiderstandes dieser Behälter, die Gegenstand dieses Berichtes ist, basiert auf den in einem Endlager im kristallinen Grundgebirge der Nordschweiz zu erwartenden Bedingungen. Das Grundwasser ist reduzierend mit Salzgehalten bis auf Meerwasserniveau und hoher Sulfatkonzentration. Unter diesen Bedingungen stammen die einzigen bedeutenden Beiträge zur Korrosion aus dem Restsauerstoff im als Verfüllmaterial verwendeten Bentonit und aus dem Sulfat, unter der Annahme, dass dieses durch mikrobielle Aktivität zu Sulfid reduziert werden kann. Diese Annahme ist zweifellos sehr konservativ: sie setzt voraus, dass sich ausreichende Kolonien bestimmter Bakterien unter Endlagerbedingungen entwickeln können. Eine solche Entwicklung kann aber aufgrund der gegenwärtigen Kenntnisse nicht ausgeschlossen werden. Unter dieser sowie weiteren konservativen Annahmen kann der Schluss gezogen werden, dass die maximal zu erwartende Angriffstiefe kleiner ist als 40 mm in 1'000 Jahren.
Bei Eisen müssen dieselben Reaktionen berücksichtigt werden; gegenüber Kupfer ist einerseits die Stöchiometrie günstiger und andererseits ein gleichmässigerer Angriff zu erwarten. Daraus ergibt sich eine maximale Angriffstiefe von weniger als 9 mm in 1'000 Jahren. Dazu kommt ein Beitrag aus der direkten Reduktion von Wasser; es gibt diesbezüglich verhältnismässig wenige relevante Daten, die aber alle darauf hinweisen, dass die maximale Angriffstiefe nicht über 20 mm in 1'000 Jahren betragen wird. Wenn dazu die konservativ ermittelten Beiträge des Sauerstoffs und des Sulfats gezählt werden, so ergibt sich eine gesamte Angriffstiefe von weniger als 30 mm in 1'000 Jahren.
Diese Schlussfolgerungen wurden aufgrund konservativer Annahmen abgeleitet. Der Nachweis ist im Falle von Kupfer gut dokumentiert. Für Eisen ist er etwas weniger vollständig, doch ist zu erwarten, dass ein entsprechendes Qualifikationsprogramm die Schlussfolgerungen des Berichtes bestätigen wird.