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24.11.2016

Lehrernewsletter November 2016

Wissenschaft

Jungforscher im Felslabor Grimsel

Die 28-jährige Berrak Firat Lüthi aus der Türkei und der 24-jährige Carlos Soares aus dem Tessin absolvieren ein Praktikum bei der Nagra. Seit August forschen die beiden im Felslabor Grimsel. «MoDeRn 2020» – so der Name des EU-Projektes, an dem sie seit diesem Sommer arbeiten. Das Ziel von MoDeRn 2020 ist es, Grundlagen für ein Überwachungsprogramm für geologische Tiefenlager weiter zu entwickeln.


Carlos Soares und Berrak Firat Lüthi bei ihrer Arbeit im Felslabor Grimsel. (Bild:Nagra)

«Den ganzen Tag ohne Tageslicht auszukommen, kann ganz schön anstrengend sein», sagt Carlos. Es ist 11 Uhr vormittags. 11 Uhr an einem regnerischen Mittwochvormittag. 450 Meter unter der Erdoberfläche spiele die Tageszeit keine Rolle, meint Berrak. Auch das Wetter ist hier unten nebensächlich. Das Felslabor Grimsel bei Guttannen ist eines der ältesten unterirdischen Felslabore der Welt. Hier tief unter der Erdoberfläche wird für die geologische Tiefenlagerung geforscht. Und das seit mehr als 30 Jahren.

Berrak Firat Lüthi

Berrak ist 28 Jahre alt. Sie stammt aus der Türkei. Aus Ankara. Dort hat sie ihren Bachelor in Ingenieurgeologie absolviert. «Für mein Masterstudium bin ich in die Schweiz gezogen, da die ETH Zürich einen sehr guten Ruf geniesst», so Berrak. Das ist aber nur einer der Gründe. Es sei auch ihr Schweizer Mann gewesen, der sie hierher geführt habe, ergänzt sie lächelnd. Seit August arbeitet Berrak im Felslabor. Über das Wochenende fährt Sie jeweils nach Hause. Über ihrer Kleidung trägt Berrak eine neongelbe Jacke. Eine Jacke wie sie auch auf Baustellen getragen wird. Ihre langen Haare fallen ihr locker zusammengebunden über die linke Schulter.

Carlos Soares

Der 24-jährige Carlos ist geboren und aufgewachsen in Lugano. Carlos ist gross, seine Haare fallen ihm tief ins Gesicht. Genau wie Berrak, ist auch er Ingenieurgeologe. Oder besser gesagt auf dem Weg dahin. Er befindet sich im 2. Masterstudienjahr an der ETH Zürich. Im letzten Masterjahr sei ein dreimonatiges Praktikum obligatorisch, erklärt Carlos. Und da die ETH in verschiedenen Bereichen mit der Nagra zusammenarbeite, habe er sich bei der Nagra beworben. Obwohl er praktische Tätigkeiten liebe – und das muss man als Ingenieurgeologe – könne er sich nach seinem Studium auch gut vorstellen, in der Forschung Fuss zu fassen, sagt Carlos weiter.

«MoDeRn 2020»

Elf längliche Holzkisten liegen auf dem Boden des Felslabors. Sie alle gehören zu dem Experiment, an dem Berrak und Carlos arbeiten. Das einzige, was sie verbindet ist ein dünnes, rotes Kabel. Es handle sich um ein optisches Glasfaserkabel, das die Temperaturverteilung in den Holzkisten misst, erklärt Berrak. Alle Kisten sind gefüllt mit einem granulierten Bentonitmaterial. Bentonit ist ein durch Verwitterung vulkanischer Asche entstandenes Tongestein. Es besitzt ähnliche Eigenschaften wie der Opalinuston und soll in einem zukünftigen Tiefenlager als Verfüllmaterial eingesetzt werden. Die Kisten sind zwar alle mit Bentonit gefüllt, unterscheiden sich aber in ihrer Packungsdichte und ihrem Wassergehalt. «Uns interessiert, in wie weit man die Glasfasermesstechnik bei unterschiedlichen Materialeigenschaften des Bentonits einsetzen kann, um Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Wassergehalt zu bestimmen», erklärt Carlos. Die Glasfasermesstechnik sei ein neuartiges und sehr vielversprechendes Sensorsystem, sagt Berrak. Glasfasersensoren haben keine Elektronik am Messpunkt. Zudem können sie Temperaturprofile über grosse Distanzen und mit einer hohen räumlichen Auflösung messen. In Berrak und Carlos Experimenten wird das Glasfaserkabel elektrisch aufgeheizt. Während dem Experiment werden das Glasfaserkabel und damit auch der umliegende Bentonit aufgeheizt und danach wieder abgekühlt. Da der Bentonit in den Boxen unterschiedliche Dichten und Wassergehalte aufweist, heizt er sich nicht überall gleichermassen auf. Es entstehen thermische Variationen. Aus diesen Unterschieden lassen sich Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Wassergehalt des Bentonits bestimmen. Diese drei Parameter sind wichtige Grössen bei der Überwachung eines Tiefenlagers.

«MoDeRn 2020» (Monitoring Developments for safe Repository operation and staged closure) ist ein vierjähriges Forschungsprojekt und Teil von «Horizon 2020», ein EU-Förderprogramm für Forschung und Innovation. Unter dem Begriff MoDeRn 2020 laufen verschiedene internationale Forschungsarbeiten zusammen. Ziel ist es, wirksame Monitoringprogramme für geologische Tiefenlager zu entwickeln. 28 Organisationen aus Europa und Japan sind daran beteiligt.

Ein Besuch, der sich lohnt

15:30 Uhr. Der Arbeitstag neigt sich langsam dem Ende zu. Berrak und Carlos sitzen noch an ihren Laptops und tippen die letzten Daten des heutigen Tages ein. Danach verlassen sie das Felslabor in Richtung Tageslicht. Noch immer regnet es. Die zerklüfteten Felsflanken ragen steil in den von Wolken geschwängerten Himmel. Grau in grau - der Übergang von Gestein und Himmel. Nahtlos. Bei schönem Wetter ist die Aussicht hier oben am Übergang vom Berner Oberland ins Oberwallis einfach nur atemberaubend. Aber wie Berrak schon sagte: «Im Felslabor spielt das Wetter keine Rolle». Egal ob warm oder kalt, ob es schneit oder wie aus Kübeln giesst. Im Felslabor Grimsel gibt es zwar kein Tageslicht, dafür aber ganzjährig verlässliche Temperaturen von 13 – 14 ° C und vor allem keine nassen Füsse.

Im Felslabor Grimsel können Schülerinnen und Schüler Forschung hautnah miterleben. Sie diskutieren mit Experten über die nukleare Entsorgung und können sich so eine eigene Meinung bilden. Eine Führung durch das Felslabor Grimsel dauert ca. zwei Stunden. Bei Interesse melden Sie sich bei Renate Spitznagel, Telefon: +41 56 437 12 82.

Weitere Informationen zum Experiment finden Sie hier:
http://www.modern2020.eu/

 

Das Experiment in Bildern

Set-up: Das Experiment besteht aus elf Holzboxen, die mit granuliertem Bentonitmaterial gefüllt sind. Bentonit ist ein natürlich vorkommendes Tongestein mit ähnlichen Eigenschaften wie das Wirtgestein Opalinuston. Daher soll es als Verfüllmaterial in den Stollen eines geologischen Tiefenlagers eingesetzt werden. Die Experimente dienen der Entwicklung von glasfaserbasierten Messsystemen. Diese sollen für die Überwachung von Tunnelverfüllungen bei zukünftigen Felslaborexperimenten oder dem Pilotlager zum Einsatz kommen.

Verfüllmaterial: Das Bentonitmaterial in den Boxen zeichnet sich durch unterschiedliche Wassergehalte und Dichten aus. So weist der Bentonit in Box 1 beispielsweise einen Wassergehalt von 6 % und eine Dichte von 1.74 g/cm3 auf, während der Bentonit in Box 6 einen Wassergehalt von 17 % und eine Dichte von 1.31 g/cm3 aufweist. Durch Variation dieser beiden Parameter lassen sich Kalibrierungen für Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Wassergehalt herleiten.

Glasfaserkabel: Herkömmliche Temperatursensoren erfassen die Temperaturen nur punktuell. Die faseroptische Temperaturmessung hingegen ermöglicht die Erfassung eines Temperaturprofils entlang eines bis zu mehreren Kilometer langen Glasfaserkabels.

Messprinzip: Nachdem der Boden der Box mit granuliertem Bentonitmaterial überdeckt ist, verlegt Berrak das rote Glasfaserkabel. Durch das Kabel werden kontinuierlich Laserimpulse ausgesendet. Diese Impulse werden gestreut und dadurch gedämpft. Die Streuung wird durch Dichteunterschiede oder Ungleichmässigkeiten wie zum Beispiel unterschiedliche Wassergehalte hervorgerufen. Ein kleiner Teil dieses gestreuten Lichts wird rückwärts (Rückstreulicht) abgestrahlt und läuft zum Sendegerät zurück, wo es empfangen wird. Dort wird es ausgewertet. Aus der Laufzeit und der Intensität des Rückstreulichtes kann für jeden Ort entlang des Kabels die Temperatur bestimmt werden.

Anschliessend wird die Box mit Bentonit aufgefüllt, so dass das Glasfaserkabel vollständig überdeckt ist. In den Experimenten wird das Glasfaserkabel aufgeheizt. Da dichter oder feuchter Bentonit die Wärme besser vom Kabel wegleitet, ist auch der Temperaturanstieg beim Aufheizen des Glasfaserkabels geringer.

 

«In der Forschung mag ich die rein praktischen Arbeiten», sagt Berrak. Carlos stimmt mit ein: «Es ist schön, unmittelbare Fortschritte zu sehen.»

Berrak Firat Lüthi (28) und Carlos Soares (24): Die beiden Ingenieurgeologen arbeiten im Felslabor Grimsel. In dem Experiment geht es darum, neue Methoden zu entwickeln, um entlang eines Glasfaserkabels, das mehrere 100 Meter bis Kilometer lang sein kann, Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Wassergehalt des Bentonits zu bestimmen.


Schule und Jugend

Kiknet-Lektionen: Abfälle unserer Gesellschaft – und wie wir damit umgehen.

Abfall und Recycling sind wichtige Themen unserer Gesellschaft. Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft sind keine Schlagworte, für die immer die Anderen verantwortlich sind. Jeder Einzelne kann in seinem privaten Umfeld durch die persönlichen Konsumgewohnheiten mitentscheiden, wie viel Müll zurückbleibt.

Die Schullektionen «Abfälle unserer Gesellschaft – und wie wir damit umgehen» beleuchten die Themen Abfallentstehung und –bearbeitung, Recycling und Abfallvermeidung, Gefahrstoffe und Gefahrgüter sowie radioaktive Abfälle. Jedes Thema beinhaltet neben der Theorie auch Übungsfragen sowie deren Lösungen. Nach Abschluss aller Themen kann das erworbene Wissen mit einer Lernkontrolle überprüft werden.

Die Schullektionen hat die Nagra in Zusammenarbeit mit Kiknet ausgearbeitet. Die Unterrichtseinheiten wurden von Lehrpersonen konzipiert und zusammengestellt. Die Abfall-Lektionen können auf www.kiknetnagra.com heruntergeladen werden.

Die Kiknet-Lektionen sind eine gute Ergänzung zum Schulunterricht und können auf www.kiknetnagra.com heruntergeladen werden.


News

3D-Seismik im Gebiet Nördlich Lägern: Besichtigungen für Schulklassen sind möglich

Spannend und informativ mitanzusehen, sind die Messungen die zurzeit im Standortgebiet Nördlich Lägern durchgeführt werden. Besichtigen Sie mit Ihrer Klasse die 3D-Seismik und lassen Sie sich das Messprinzip vor Ort erklären.

Die Vibrationsfahrzeuge fahren von Anregungspunkt zu Anregungspunkt. Dabei wird alle 30 Meter vibriert. (Quelle: Ernst Müller)

Seit Anfang Februar wird der Untergrund im Standortgebiet Nördlich Lägern 3D-seismisch untersucht. Die Messungen sind Bestandteil des Auswahlverfahrens für Standorte, an denen Tiefenlager für radioaktive Abfälle gebaut werden können.
Wie wird gemessen?

Mit den 3D-seismischen Messungen werden die Kenntnisse über den geologischen Untergrund vertieft. Ziel ist, eine flächenhafte Abbildung der Gesteinsschichten zu gewinnen. Das Messprinzip ist vergleichbar mit einem Echolot auf Schiffen. Vibrationsfahrzeuge oder kleine Sprengladungen erzeugen schwache Schwingungen. Diese breiten sich wellenartig im Untergrund aus, wo sie an den verschiedenen Gesteinsschichten reflektiert werden. Innerhalb von Sekunden erreichen diese «Echos» wieder die Erdoberfläche, wo sie mit empfindlichen Messgeräten, sogenannten Geofonen, aufgezeichnet und anschliessend ausgewertet werden. Die Seismik bildet Gesteinsschichten bis in Tiefen von mehreren Kilometern ab. Bei der 3D-Seismik in Nördlich Lägern ist der Zielhorizont der Messungen ca. 300 – 900 Meter. Dies ist der optimale Tiefenbereich für Tiefenlager.

Wenn Sie mit Ihrer Klasse Interesse haben die seismischen Messungen vor Ort zu besichtigen, melden Sie sich bei Jutta Lang. Tel.: 056 437 12 39, E-Mail: jutta.lang@nagra.ch. Wir organisieren gerne eine informative Besichtigung für Sie.
Weitere Hintergrundinformationen finden Sie in unserem Seismik-Film und auf unserem Blog www.nagra-blog.ch

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