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Technical Report NTB 02-06
Project Opalinus Clay:Models, Codes and Data for Safety AssessmentDemonstration of disposal feasibility for spent fuel, vitrified high-level waste and long-lived intermediate-level waste (Entsorgungsnachweis)
Der vorliegende Bericht hat zum Ziel, alle Informationen zu dokumentieren, die für den unabhängigen Nachvollzug der in Nagra (2002c) enthaltenen Resultate aller Rechenfälle für das Projekt Entsorgungsnachweis notwendig sind. Er beschreibt die konzeptuellen Modelle und entsprechenden Rechencodes für das Nahfeld, die Geosphäre und die Biosphäre, die in der Sicherheitsanalyse für die Durchführung der Rechenfälle Verwendung fanden, sowie die in der Datenverarbeitung der grossen Anzahl durchzuführender Rechenfälle benutzten Werkzeuge. Der Bericht nennt ferner die Gründe, wieso die eingesetzten Rechencodes als für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet gelten. Nicht im vorliegenden Bericht dokumentiert sind die Modelle und Rechencodes, die für die Herleitung von Parameterwerten für die Nahfeld-, Geosphären- und Biosphären-Rechencodes und für die Begründung von Modellannahmen Verwendung fanden. Hierzu gehören zum Beispiel Grundwassermodelle, mechanistische Sorptionsmodelle, Temperaturverlaufsmodelle und Abfallauflösungsmodelle. Diese Modelle und Rechencodes sind in den Referenzberichten des Projekts Entsorgungsnachweis beschrieben.
Ein Rechenfall ist definiert durch die spezifische Konzeptualisierung bestimmter Vorgänge und Ereignisse (abgekürzt mit der englischen Bezeichnung FEPs für «features, events and processes»), die für den Verbleib der Radionuklide im Lagersystem relevant sind, sowie durch die in der Modellierung dieser FEPs benutzten Parameter. In der Sicherheitsanalyse werden neben dem Referenzfall eine breite Palette von Rechenfällen mit dem Ziel untersucht, den Einfluss von ungünstigen FEPs und Ungewissheiten auf die Sicherheit des Lagersystems zu illustrieren. Die Definition der Rechenfälle, die Dokumentation der zugrundeliegenden Argumentation und die Präsentation der Resultate der Analyse erfolgt im Sicherheitsbericht.
In der Sicherheitsanalyse für das Projekt Entsorgungsnachweis werden die Rechenfälle gemäss dem Typ der untersuchten Fragestellung oder Ungewissheit gruppiert. Der Hauptteil des vorliegenden Berichts befasst sich, in dieser Reihenfolge, mit den Rechenfall-Gruppen zur Untersuchung
- der Konsequenzen von bestimmten Ungewissheiten in Bezug auf Szenarien, Konzeptualisierungen und Parametern, deren Schwankungsbereich sich aufgrund des vorhandenen wissenschaftlichen Verständnisses hinreichend zuverlässig eingrenzen lässt,
- von spekulativen Möglichkeiten (englisch „what if?“ possibilities), die auf das Testen der Robustheit des Lagersystems abzielen,
- von Auslegungs- und System-Optionen,
- verschiedener stilisierter Möglichkeiten der Erscheinungsformen und Entwicklungen der Erdoberfläche (Biosphäre).
Zu Gunsten der Transparenz erfolgt diese Beschreibungen im Sicherheitsbericht in qualitativer Art, d. h. ohne mathematische Gleichungen und unter Verzicht auf eine voll-ständige Dokumentation aller Eingabeparameter. Der vorliegende Bericht ergänzt den Sicherheitsbericht mit einer umfassenden Beschreibung von Modellen, Rechencodes und Daten und gewährleistet damit die Nachvollziehbarkeit der Sicherheitsanalyse. Zusammen erfüllen diese zwei Berichte das Prinzip der Transparenz und Nachvollziehbarkeit der Dokumentation des Sicherheitsnachweises, wie im Kap. 2 des Sicherheitsberichts gefordert.
Der vorliegende Bericht enthält Beschreibungen der konzeptuellen Modelle, auf denen die Rechenfälle basieren, sowie der getroffenen Annahmen und Vereinfachungen bei der Ableitung der mathematischen Gleichungssysteme und Eingabeparameter, die eine Behandlung der Rechenfälle mit den entsprechenden Rechencodes erlauben. Detaillierte Beschreibungen der Rechencodes, unter Angabe der zu lösenden mathematischen Gleichungssysteme, und deren Eingabeparameter sind in den Berichtsanhängen enthalten. Besonderes Augenmerk wird aus Sicht des FEP-Managements auf die Anwendungsbereiche der Rechencodes in Bezug auf die modellierbaren Phänomene («Super-FEPs») gelegt. In Nagra (2002d) wird gezeigt, dass alle identifizierten Rechenfälle mit den verfügbaren Rechencodes in geeigneter Art und Weise analysiert werden können (Eignung der Rechencodes). Einige wenige sicherheits-relevante Phänomene sind mit den verfügbaren Rechencodes nicht angemessen behandelbar. Ergänzende Studien zeigen aber, dass die damit verbundenen Effekte entweder unbedeutend sind (z. B. Kritikalität) oder sich günstig auf die Lagersicherheit auswirken und deswegen konservativ vernachlässigt werden dürfen (z. B. residualer Transportwiderstand der BE/HAA-Behälter nach dem Zeitpunkt ihres Versagens), oder aber es lassen sich Parameterwerte wählen (z. B. Zeitpunkt des Versagens der BE/HAA-Behälter), die gewährleisten, dass die damit erzielten Resultate auf der pessimistischen Seite liegen.
Zusätzlich zu den Modellen und Rechencodes, die bei der Analyse der Rechenfälle zur Anwendung gelangen, wurden vereinfachte Modelle (englisch «insight models») entwickelt, die das Verständnis spezieller Aspekte des Systemverhaltens verbessern und die es erlauben, Sensitivitäten in Bezug auf Schlüsseleigenschaften des Lagersystems oder Modellannahmen aufzuzeigen. Diese vereinfachten Modelle sind im Kapitel 9 beschrieben.
Die deterministischen Untersuchungen der Rechenfälle werden ergänzt durch probabilistische Modellrechnungen. Diese zielen auf ein vertieftes Systemverständnis ab und gewähren einen systematischen Einblick in das Systemverhalten auch für diejenigen Parameterkombinationen, welche durch die deterministischen Modellrechnungen nicht abgedeckt sind. Das verwendete Rechenwerkzeug zur Stichprobenentnahme und die Verteilungsfunktionen sind in den Anhängen 2 und 3 beschrieben.
Die Begründung von Modellannahmen und die Präsentation von Zwischen- und Endresultaten sind nicht Bestandteil des vorliegenden Berichts, ausser wenn dies für das Verständnis der Ausführungen erforderlich ist. Die umfassende Dokumentation der Resultate und die Begründung der Modellannahmen sind im Sicherheitsbericht und in den Referenzberichten zu finden.
Zum Schluss sei darauf hingewiesen, dass alle Rechenfälle teilweise, aber in unterschiedlichem Ausmass, auf pessimistischen oder konservativen Modellannahmen, Parametern und Vereinfachungen beruhen. Um den so eingeführten Grad an Realitätsabweichung festzuhalten, wurden die Modellannahmen systematisch und für jeden Rechenfall individuell auf ihre Realitätsnähe geprüft (Kapitel 10). Dazu wurden die unterschiedlichen Modellannahmen und Vereinfachungen zur Herleitung der mathematischen Gleichungen und Eingabeparameter eines jeden Rechenfalles aufgelistet und sodann auf ihren Grad an Realitätsnähe (realistisch, pessimistisch, konservativ) beurteilt. Diese Informationen dienen als Werkzeug zur systematischen Erfassung der in den Modellen enthaltenen Realitätsabweichung (englische Bezeichnung dieses Prozesses: «bias audit»).