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Technische Barrieren
Barrieren verhindern und verzögern die Freisetzung von Radionukliden aus einem Tiefenlager.
Der hochaktive Abfall wird mehrfach eingeschlossen. Dafür sind unterschiedliche Materialien wie Glas, Metalle und Tone vorgesehen. Die Untersuchung von natürlichen Vorkommen und archäologischen Funden liefert wichtige Hinweise zur Beurteilung des Langzeitverhaltens dieser Materialien.
Glas besitzt eine amorphe Struktur, das heisst, seine Bestandteile sind unregelmässig angeordnet.
Beim Zerbrechen entstehen unebene Flächen, anders als in einem Kristall, der meist entlang ebener Flächen bricht.
In der Natur gibt es vulkanische Gläser (Obsidian), die aus amorphem Quarz bestehen und teils über Jahrmillionen in chemisch unverändertem Zustand erhalten geblieben sind.
Bei Senzeilles in Belgien wurden in einem Tongestein kleinste Glasperlen (1 - 0,05 mm) gefunden, die bei einem Meteoriteneinschlag vor 367 Millionen Jahren entstanden sind. Aufgrund ihrer geringen Grösse könnte man erwarten, dass sie nach so langer Zeit aufgelöst worden wären. Gut eingeschlossen in Ton zeigen diese Glasperlen jedoch keinerlei Umwandlungserscheinungen.
Wegen seiner Eigenschaften bildet Glas die innerste technische Barriere bei einem geologischen Tiefenlager für hochaktive Abfälle. Radioaktive Elemente werden in einer Glasmatrix eingegossen, weil diese schwer korrodiert. Die radioaktiven Stoffe bleiben für lange Zeit sicher eingeschlossen.
Stahl ist eine Eisenlegierung mit einem geringen Gehalt an Kohlenstoff, der den Rostvorgang verlangsamt.
Bei Kontakt mit sauerstoffreichem Wasser rostet Eisen an der Oberfläche. Die entstehende Rostschicht bildet jedoch eine Schutzschicht für das darunterliegende Metall und verzögert das Fortschreiten des Rostvorganges.
Archäologische Funde von Metallgegenständen helfen den Wissenschaftlern, die Lebensdauer der Metallbehälter für die hochaktiven Abfälle zu beurteilen. Die Herstellung von Stahl ist seit 2700 Jahren bekannt, während Eisen bereits seit 3500 Jahren genutzt wird. Vor allem aus der Römerzeit sind viele Eisenfunde bekannt.
Beispiel Römischer Helm
Der Rost hat an diesem römischen Helm genagt, während er im Boden begraben lag. Während der fast 2000 Jahre hat der Rost den ursprünglich zwei bis drei Millimeter dicken Eisenhelm aber noch nicht ganz durchfressen können.
Zum Vergleich: Die hochaktiven Stoffe kommen erst mit der Bergfeuchtigkeit in Kontakt, wenn die dickwandigen Lagerbehälter aus Stahl (minimale Wandstärke 15 cm) durchkorrodiert sind. Das erwartet man in frühestens 10 000 Jahren. Erst dann können radioaktive Stoffe durch Wasser herausgelöst werden. Der Hauptteil der Radioaktivität ist bis dann abgeklungen. Die Bentonitverfüllung der Stollen und das umgebende Wirtgestein sorgen weiterhin für sicheren Einschluss.
Bild: Nagra
Ton quillt auf und hält dicht
Als Verfüllmaterial in den Lagerstollen soll Tonmaterial eindringendes Wasser von den Lagerbehältern fern- und allfällige austretende Radionuklide aufhalten. Bentonit ist ein Ton, der beide Anforderungen erfüllt. Er vermag viel Wasser zu binden und quillt dabei auf. Zudem besitzt er die Fähigkeit, Radionuklide langfristig zu binden und zurückzuhalten. Deshalb werden die Hohlräume um die Abfallbehälter in den Lagerstollen mit quellfähigem Bentonit verfüllt.
Risse im tonigen Boden. Wenn Ton austrocknet, schrumpft er und bildet Risse. Bei Regen wird das Wasser wieder eingebunden, der Ton quillt auf und die Risse schliessen sich. Bild: Nagra