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Technical Report NTB 14-13
High-level waste repository-induced effects
Das Ziel dieses Statusberichts ist es, in einem geologischen Tiefenlager für hochaktive Abfälle (HAA-Lager) die wechselseitige Beeinflussung von eingelagertem Abfall und eingebauten bautechnischen Materialien spezifisch auf das in den vorgeschlagenen Standortgebieten etwa 100 m mächtige Wirtgestein Opalinuston zu untersuchen, um das F&E-Programm der Nagra gezielter ausrichten zu können. Die im vorliegenden Bericht untersuchten lagerbedingten Einflüsse sind dabei:
- Thermische Effekte: D.h. Auswirkungen auf das Wirtgestein und die technischen Barrieren, die vor allem durch die vom Abfall bedingte Zerfallswärme verursacht werden
- Felsmechanische Effekte: D.h. Auswirkungen, die von der mechanischen Beanspruchung des Gesteins durch den Vortrieb der Lagerstollen und weiterer Untertagbauten hervorgerufen werden
- Hydraulische und durch Gasbildung bedingte Effekte: D.h. Auswirkungen durch die Wiederaufsättigung des Tiefenlagers und Gasbildung beispielsweise aufgrund von Metallkorrosion im Tiefenlager auf Wirtgestein und technische Barrieren
- Chemische Effekte: D.h. chemische Wechselwirkungen von Abfall, bautechnischen Materialien und Wirtgestein, jedoch mit Schwerpunkt auf chemische Auswirkungen von Abfall und bautechnischen Materialien auf das Wirtgestein
Das Erfassen der lagerbedingten Einflüsse zeigt, dass sich chemischen und mechanischen Beeinträchtigungen auf das Gestein in unmittelbarer Umgebung der Untertagbauten beschränken. Die thermischen Auswirkungen werden durch die Begrenzung der Wärmelast kontrollierbar und diejenigen der Gasakkumulation werden durch niedrige Gasproduktionsraten und durch die Gasfreisetzung entlang der Auflockerungszone (AUZ) und einem tieferen Gaseintrittsdruck in der AUZ als im ungestörten Opalinuston eingeschränkt. Spezifische Massnahmen werden als Teil des Referenzkonzepts im Hinblick auf deren Wirksamkeit, die lagerbedingten Einflüsse zu begrenzen, diskutiert.
Die HAA-Lagerstollen wurden so ausgelegt, gebaut, betrieben und schliesslich verfüllt, dass die Bildung einer Auflockerungszone (AUZ) möglichst begrenzt wird. Dies wird erreicht, indem die Grösse der Ausbruchzonen und die Tiefenlage des Lagers begrenzt werden, eine gebirgsschonende, kontrollierte Ausbruch- und Ausbaumethode angewendet wird und dadurch, dass die Lagerstollen relativ schnell nach ihrem Ausbruch wieder mit einem quellenden Tonmaterial verfüllt werden. Auf entsprechender Lagertiefe werden die Lagerstollen durch Stützmittel ausgebaut, um deren Stabilität und die Arbeitssicherheit zu gewährleisten. Dadurch wird Nachfall und eine weitere Ausdehnung der AUZ verhindert. Basierend auf Modellrechnungen kann abschliessend festgehalten werden, dass sich die AUZ nicht über einen Tunnelquerschnitt hinaus ausdehnt und dass das mittlere hydraulische Leitvermögen der AUZ um Lagerstollen, Zugangstunnel und Schächte einen Wert von 10-7 m3/s nicht übersteigt. Die anschliessende Selbstabdichtung der AUZ und die niedrigen hydraulischen Gradienten entlang der Bau- und Betriebstunnel führen zu einem vernachlässigbaren Radionuklidtransport durch die AUZ.
Chemische Wechselwirkungen werden sowohl bei der Planung als auch bei der Bewertung der Sicherheit eines HAA-Lagers in Betracht gezogen. Im derzeitigen Referenzkonzept ist ein Tunnelausbau mit Beton vorgesehen. Die Degradation des Betons und die Korrosion von Stahlbehältern und anderen stahlhaltigen Stützelementen werden die Bentonitverfüllung zu einem gewissen Grad umwandeln. Diese Umwandlungen werden in die Dosisberechnungen mit einbezogen und zeigen keinen signifikanten Einfluss auf die resultierende Dosis.
Die Gastransportfähigkeit von Opalinuston ist ausreichend, um für den Referenzfall das Regime der dilatanzkontrollierten Gasausbreitung als Gastransportmechanismus zu vermeiden und somit die Schädigung des Wirtgesteins zu verhindern. Auch wenn die AUZ als möglicher Transportpfad für Gas entlang der Ausbruchzonen bei den Gastransportmodellierungen nicht berücksichtigt wird, werden Überdrücke, die zu einer dilatanzkontrollierten Gasausbreitung führen könnten, nur dann erreicht, wenn konservative Annahmen zur Gasproduktion mit einem für Gas gering durchlässigen Wirtgestein kombiniert würden. Allerdings würden solche Überdrücke zu keiner signifikaten Schädigung des Gesteins führen.
Die Auswirkungen des Wärmeeintrags auf die technischen und geologischen Barrieren können in einem HAA-Lager zwar nicht vollständig eliminiert, jedoch durch eine entsprechend lange Zwischenlagerung, eine Begrenzung der Behälterladung sowie eine geeignete Einlagerungsdichte niedrig gehalten werden.