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Technical Report NTB 12-04
Sorption Data Bases for Argillaceous Rocks and Bentonite for the Provisional Safety Analyses for SGT-E2
In Etappe 1 des Sachplans geologische Tiefenlager wurden vier Wirtgesteine, die für ein Lager für radioaktive Abfälle geeignet sind, identifiziert. Diese Gesteine sind: Opalinuston für ein Lager für hochaktive (HAA) und schwach- und mittelaktive Abfälle (SMA) sowie 'Brauner Dogger', Effinger Schichten und Helvetische Mergel für ein Lager für SMA. Für die provisorischen Sicherheitsanalysen werden Sorptionsdatenbanken (SDB) für all diese Wirtgesteine benötigt. Dies schliesst auch die möglichen Varianten der Porenwässer und der mineralogischen Zusammensetzung der Gesteine ein. Ausserdem sind SDB für die unteren Rahmengesteine des Opalinustons und für das Versatzmaterial Bentonit im HAA-Lager erforderlich.
In einer früheren Arbeit beschrieben Bradbury et al. (2010) ein Verfahren zur Entwicklung von Sorptionsdatenbasen für Tongesteine und kompaktierten Bentonit. Die hauptsächlichen Einflussfaktoren für die Sorption in diesen Systemen sind der Gehalt an Schichtsilikaten, insbesondere an 2:1-Tonmineralen (Illit, Smektit und Illit-Smektit-Wechsellagerungen), sowie die Porenwasserchemie welche die Speziation der Radionuklide in der wässrigen Phase bestimmt. Die Sorptionsquelldaten entstammen vorwiegend Messungen auf Illit (oder Montmorillonit für die Bentonit SDB). Sie wurden auf die definierten Bedingungen eines jeden Systems umgerechnet indem eine Reihe sogenannter Konvertierungsfaktoren benutzt wurde. Diese berücksichtigen Unterschiede in der Mineralogie, dem pH-Wert und der Radionuklidspeziation. Schliesslich wurde ein Konvertierungsfaktor Labor → Feld verwendet, um die Sorptionsmessungen von dispergierten Systemen (Batch-Experimenten) auf intaktes Gestein unter In-situ-Bedingungen zu übertragen. Dieses Verfahren zur Entwicklung von Sorptionsdatenbanken wurde auf die ausgewählten Wirt- und Rahmengesteine sowie auf kompaktierten Bentonit unter Berücksichtigung der mineralogischen und der Porenwasserzusammensetzung angewendet.
Das Vertrauen in die Gültigkeit und Richtigkeit dieses Verfahrens wurde durch zusätzliche Studien gestärkt: (i) Sorptionswerte basierend auf der oben genannten Methode wurden mit denen in einer bereits existierenden SDB für Opalinuston und Bentonit aus dem Entsorgungsnachweis verglichen (Bradbury & Baeyens 2010), (ii) blinde Vorhersagen von Sorptionsisothermen auf MX-80 Bentonit und auf Opalinuston in realistischen Grundwasserzusammensetzungen wurden mit gemessenen Isothermen verglichen (Bradbury & Baeyens 2011) und (iii) blinde Vorhersagen anhand des oben beschriebenen Verfahrens wurden mit neuen Sorptionsmessungen (Baeyens et al. 2014) verglichen. In allen Fällen waren die Ergebnisse der einzelnen zum Vergleich genutzten Ansätze konsistent mit den Vorhersagen des hier beschriebenen Verfahrens.
In einigen wenigen Fällen enthielten die Gesteine zu wenig Tonminerale, um diesen Ansatz zu verwenden. Es wurde trotzdem eine SDB erstellt, indem ein Verfahren, bei dem Calcit die hauptsächlich sorbierende Phase darstellt, zur Anwendung kam. Die Prozedur ist im vorliegenden Bericht vollständig beschrieben.
Weiterhin wird eine Methode zur Ableitung von SDB für Wirtgesteine, die durch hochalkalische Lösungen aus einem zementbasierten Lager beeinflusst wurden, beschrieben. Entsprechende SDB für die Effinger Schichten und die Helvetischen Mergel werden gegeben.