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Technical Report NTB 03-10

Time-dependent Flow and Transport Calculations for Project Opalinus Clay (Entsorgungsnachweis)

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Dieser Bericht dokumentiert zwei spezifische Rechenfälle die im Rahmen der Sicherheitsanalyse eines geologischen Tiefenlagers für abgebrannte Brennelemente, hochaktive verglaste Abfälle aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente und langlebige mittelaktive Abfälle im Opalinuston des potentiellen Standortgebiets im Zürcher Weinland in der Nordostschweiz, durchgeführt wurden (Projekt Entsorgungsnachweis, NAGRA, 2002d).

In dieser Studie wird der Einfluss von zeitabhängigen Fliessfeldern auf den Transport von Radionukliden durch die Geosphäre untersucht. Im Opalinuston dominiert generell die Diffusion den Radionuklidtransport, aber es treten auch Prozesse auf, die für eine kurze Zeit das lokale Fliessfeld und damit auch den advektiven Transport von Radionukliden verstärken können. Zwei wichtige Fälle wurden untersucht:

(1) Wasserfluss durch die Kompaktion des Opalinustons auf Grund von Vergletscherung (zusätzliche Auflast durch eine Eismächtigkeit von bis zu 400 Metern) und (2) das Auspressen von Fluiden aus den Lagerstollen durch Tunnelkonvergenz.

Für die Rechnungen wurde der Code FRAC3DVS (Therrien & Sudicky, 1996) verwendet. FRAC3DVS löst die dreidimensionalen Strömungs- und Transport-gleichungen in geklüfteten und porösen Medien.

Im Fall (1) – Wasserfluss als Folge von Vergletscherungen - wurde zuerst ein zweidimensionales Referenzmodell ohne Einfluss der Vergletscherung mit FRAC3DVS berechnet. Im Vergleich zum Referenzmodell sind während der Vergletscherungen die Geosphären-Freisetzungsraten bis zu einem Faktor von 1.7. Der Einfluss von Vergletscherung auf den Transport von Kationen und neutralen Spezies ist geringer als für Anionen, weil die Bedeutung des advektiven Transports für Anionen grösser ist. Der Anstieg der Freisetzungsraten während Vergletscherungen ist geringer für sorbierende im Vergleich zu nicht-sorbierenden Nukliden. Der Einfluss der Tunnelkonvergenz (2) auf den Radionuklidtransport in der Geosphäre ist sehr gering. Die Freisetzungraten aus der Geosphäre sind etwas höher wenn die Tunnelkonvergenz berücksichtigt wird. Dies kann als Folge eines etwas höheren Quellterms während der Phase der Tunnelkonvergenz gesehen werden.

Neben den beiden Rechenfällen wird die Anwendbarkeit des eindimensionalen Modellkonzepts für die Berechnung des Transports durch den Opalinuston untersucht. Der Referenzfall der Sicherheitsanalyse wird mit der Modellkette STMAN-PICNIC-TAME berechnet. Bei der Berechnung der Freisetzung und des Transport der Radionuklide wird die Geometrie des Nahfeldes und der Geosphäre vereinfacht wobei der Opalinuston als eindimensionaler Transportpfad behandelt wird. Um die Auswirkungen dieser Vereinfachungen abzuschätzen wurde mit Hilfe des Rechencodes FRAC3DVS in dieser Studie ein zweidimensionales Model erstellt, das den Opalinuston und den Bentonitannulus um die SF/HLW – Abfallbehälter berücksichtigt.

Die eindimensionale Näherung und das geometrisch realistischere FRAC3DVS Modell ergeben sehr ähnliche Resultate. Die Unterschiede sind nur klein und im Vergleich zu den FRAC3DVS Rechnungen sind die Resultate des eindimensionalen Modells immer konservativ. Diese Modellstudie bestätigt daher die Anwendbarkeit des eindimensionalen Modellkonzepts.

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