Behälter HAA – Entwicklungsarbeiten
Gestaffelte, passive Barrieren: verpackte abgebrannte Brennelemente und verglaste hochaktive Abfälle in dickwandigen Stahlbehältern; | Einbau des Megapackers für den Behälter-Gasversuch im Felslabor Mont Terri im Juni 2006. Seither läuft der Versuch erfolgreich. (Foto Comet) |
Behälter für hochaktive Abfälle (HAA) – Einblick in
die Entwicklungsarbeiten
In einem Tiefenlager für hochaktive Abfälle werden dereinst die Abfälle in dickwandige und massive Behälter verpackt und in die Lagerstollen gebracht. Die Nagra hat in ihrem vom Bundesrat im Jahr 2006 genehmigten Sicherheitskonzept zum Entsorgungsnachweis Stahlbehälter als Referenzmaterial gewählt und auch die Option Kupferbehälter als Alternative aufgezeigt. Ein mit internationalen Experten und Nagra-Wissenschaftlern durchgeführtes Seminar zum Thema Lagerbehälter hat gezeigt: Die Forschung über das langfristige Verhalten der Werkstoffe und die Optimierung der Behältermaterialien für ein Tiefenlager machen weitere Fortschritte.
Der Lagerbehälter ist eine wichtige Barriere
Die Behälter mit dem hochaktiven Abfall werden im Tiefenlager auf Bentonitblöcken (Bentonit = abdichtender Ton) in horizontale Lagerstollen eingebracht. Der betreffende Abschnitt des Lagerstollens wird unmittelbar anschliessend mit Bentonitgranulat verfüllt. Damit sind zusammen mit dem Opalinuston, in dem der Stollen gebaut wird, die notwendigen Barrieren vorhanden, die den langfristigen Einschluss der Abfälle gewährleisten. Gesamthaft werden für die Entsorgung der hochaktiven Abfälle in der Schweiz rund 2000 Endlagerbehälter notwendig sein – basierend auf den Abfallmengen der heutigen KKWs.
Stahlbehälter als Referenz beim Entsorgungsnachweis
Stahlbehälter ermöglichen den vollständigen Einschluss von radioaktiven Stoffen über Tausende von Jahren. Als Referenzmaterial wählte die Nagra für die Erarbeitung des Entsorgungsnachweises Stahlbehälter mit einer Wanddicke von zirka 15 Zentimeter. Dieser Wahl stimmten internationale Experten beim Review des Entsorgungsnachweises zu. Auch Stahlbehälter mit einer rund 5 Zentimeter dicken Kupferumhüllung wurden in Betracht gezogen. Stahl und Kupfer eignen sich aus drei Gründen zur Herstellung von Lagerbehältern:
- Sie haben ein sehr zuverlässiges Einschlussverhalten über lange Zeit, und ihre langfristigen Korrosionsraten sind sehr gering (~0,001 mm/Jahr für Stahl, Kupfer noch geringer).
- Die mechanische Stabilität solcher Behälter ist sehr hoch.
- Die industriellen Fertigungstechniken in grossem Massstab sind erprobt.
In einem Tiefenlager bleibt ein Stahlbehälter nach heutiger Erkenntnis mehr als 10’000 Jahre dicht. Beim langsamen Korrodieren des Stahls während dieser Zeit entsteht nichtradioaktives Wasserstoffgas, das im dichten Lagergestein Druck aufbauen kann. Das Verhalten des Gases im Lagerbereich wird heute im Felslabor Mont Terri intensiv untersucht, um allfällige Schädigungen des Wirtgesteins auszuschliessen.
Optimierung von Materialien und Prozessen
Aufwändige Studien zu den verschiedenen Materialien für Lagerbehälter sind nicht neu. Die Nagra begann schon in den frühen 80er-Jahren mit dem Studium von Korrosionsprozessen und der Prüfung alternativer Materialien wie etwa Kupfer, Titan, Nickel und Keramik.
Genügend Zeit für Weiterentwicklung vorhanden
Die intensive Werkstoffentwicklung wird in den kommenden Jahren aufzeigen, welche Materialien in einem Tiefenlager für hochaktive Abfälle in Zukunft eingesetzt werden sollen. Denn ein solches Tiefenlager wird erst ab 2040 in Betrieb gehen. «Entweder werden die in Felslabors durchgeführten Forschungsarbeiten in den nächsten Jahren bestätigen, dass das bei Stahlbehältern entstehende Gas aus dem Lagerbereich austreten kann, ohne die Einschlussfähigkeit der umhüllenden Schichten und des Gesteins zu stören; oder es werden alternative Behältermaterialien wie zum Beispiel Kupfer eingesetzt, die wesentlich weniger Gase produzieren würden», sagt Lawrence Johnson, Behälterexperte bei der Nagra. Er fügt weiter an: «Kupfer ist über 100’000 Jahre beständig. Allerdings müsste aufgrund von Sicherheitsüberlegungen gut begründet sein, warum ein wertvoller Rohstoff wie Kupfer in so grossen Mengen in ein Tiefenlager gehört.»
Als Alternative zu metallischen Behältern werden auch Überlegungen zum Einsatz von Keramik angestellt. Keramikbehälter sind heute im Fokus der Forschung und Entwicklung der französischen Entsorgungsorganisation Andra als denkbare Alternative zu ihrem Stahlbehälterkonzept. Im Vorfeld des im Juni durchgeführten Seminars zu den Lagerbehältern bei der Nagra wurde ein Vertrag zur Entwicklungszusammenarbeit zwischen der Andra und der Nagra abgeschlossen. «Heute besteht aber noch kein zuverlässiges Verschlussverfahren von Keramikbehältern, wie es bei Stahl oder Kupfer der Fall ist», sagt Lawrence Johnson. Auch das spröde Verhalten von Keramik beziehungsweise die Gefahr von Materialbruch bei mechanischer Belastung ist bei diesem Material heute noch nicht gelöst. Die Studien zur Keramikoption bleiben daher ein langfristig angelegtes Forschungsprojekt ohne Erfolgsgarantie.
Wahl des definitiven Behälters mit der Baubewilligung
Mit der Baubewilligung für das geologische Tiefenlager hochaktiver Abfälle (ab ca. 2035) ist definitiv aufzuzeigen, welcher Behältertyp und welches Material verwendet werden. Bis dann wird weiterhin der neueste Stand von Technik und Wissenschaft in die Behälterfrage einfliessen und zur definitiven Materialwahl führen.
