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Technical Report NTB 83-05
Experiments on Container Materials for Swiss High-Level Waste Disposal Projects Part I
Im derzeitigen Entsorgungskonzept für hochaktive nukleare Abfälle ist vorgesehen, ein Endlager auf 1'000 m bis 1'500 m Tiefe untertag im granitischen Grundgebirge der Nordschweiz zu errichten. Der Abfall soll in Behälter eingebracht werden, die nach dem Verschluss des Endlagers die Rolle einer Barriere hoher Integrität übernehmen sollen. Das vorliegende Dokument ist der erste von zwei Berichten über die Evaluation möglicher Behältermaterialien. Folgende Eigenschaften bestimmten die Auswahl der Werkstoffe: Mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie deren Beeinflussung durch erhöhte Temperatur und Strahlung. Aus der Literatur lässt sich die Schlussfolgerung ziehen, dass Polymere oder keramische Materialien (z. B. Aluminiumoxyd) ungünstig sind; die ersteren vor allem wegen schlechter Eigenschaften bei erhöhter Temperatur, die zweiten aufgrund ihrer schlechten oder z. T. noch zu wenig bekannten Bruchfestigkeiten. In Anbetracht ihrer mechanischen Eigenschaften und ihrer guten Herstellbarkeit und Anwendbarkeit sind Metalle zum heutigen Zeitpunkt am besten dazu geeignet, eine zufriedenstellende Lösung darzustellen. Die hauptsächliche Schwierigkeit liegt darin, die langfristige Integrität der Behälter zu beweisen, dies unter den korrosiven Umgebungsbedingungen in Gesteinswässern während der erforderlichen Zeiten (ungefähr 1000 Jahre). Die für weitere Untersuchungen im Rahmen des schweizerischen Entsorgungsprogramms ausgewählten Metalle sind: Sphäroguss, Stahlguss, Kupfer, Inconel 625 und Ti-Code 12.
Während einer gründlicheren Bewertung der ausgewählten Metalle stellte sich heraus, dass vor allem auf dem Gebiet der Korrosion eine Anzahl Sachfragen nur unzureichend in der Literatur behandelt wurden. Das zur Verbesserung der Datenbasis in Angriff genommene Experimentalprogramm umfasst:
- Prüfung von Ti-Code12 und Kupfer unter konstanten Verformungsraten (zwischen 10-5 und 2 x 10-7 s-1) in wässriger Lösung (bis 2 mg O2 pro Liter und bis 15 g Cl- pro Liter) bei 80°C
- Einfluss von Bentonit auf das Korrosionsverhalten von Ti-Code 12, Kupfer, Sphäroguss und Stahlguss
- Langfristige Korrosionsprüfung von geschweissten Proben dieser vier Materialien zur Untersuchung der Korrosionsphänomene bei Temperaturen bis 140°C
- Das Langzeitverhalten (bis 500 Stunden) von Ti-Code 12, Kupfer und Zircalloy-2 in flüssigem Blei unter einer Zugsspannung gleich 80 % der Streckgrenze bei Raumtemperatur
- Messung von Korrosionspotentiale und galvanischen Strömen an Elektrodenpaaren einiger Metalle (Kupfer/Stahlguss, Kupfer/Sphäroguss, Ti-Code 12/Stahlguss, Ti-Code 12/Sphäroguss, Kupfer/Blei, Ti-Code 12/Blei) bei Raumtemperatur und 140°C für Zeiten bis zu 1000 Stunden.
Alle Versuche werden in einem korrosiven Milieu durchgeführt, welches den erwarteten Bedingungen im Grundwasser in der Tiefe des geplanten Endlagers entspricht.
Die ersten experimentellen Resultate sind in einem Anhang zum vorliegenden Bericht zusammengestellt. Der volle Umfang experimenteller Details, Resultate und Schlussfolgerungen wird in einem späteren Nagra Technischen Bericht (NTB) dokumentiert.