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Technical Report NTB 88-42

Modelling of water flow, barrier degradation, chemistry and radionuclide transport in the near field of a repository for L/ILW

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Es wurde eine Sicherheitsanalyse durchgeführt für das Nahfeld eines potentiellen Endlagers im Mergel für schwach- und mittelaktive Abfälle.

Es wird angenommen, dass das Wirtgestein durch zwei Kluftsysteme charakterisiert wird, eines mit «kleinen Klüften» und eines mit «grossen Klüften»; die Werte der hydraulischen Leitfähigkeiten reichen von 4 × 10-10 bis 4 × 10-9 [m·s-1] und der hydraulische Gradient beträgt 1 [m·m-1].

Im Endlager werden schwach- und mittelaktive Abfälle aus dem Betrieb und später der Stilllegung von Kernkraftwerken, der Wiederaufbreitung von Kernbrennstäben sowie Abfälle aus Medizin, Industrie und Forschung eingelagert. Die in Fässern und Betoncontainern verfestigten Abfälle werden in betonverkleideten Kavernen eingelagert, die mit porösem Material verfüllt werden. Es besteht die Möglichkeit, eine zusätzliche hydraulische Barriere im Endlagersystem einzubauen. Die Auswirkungen einer solchen Barriere auf das Verhalten des Endlagersystems wurden untersucht.

Als Teil der Auswertung wurden die Änderungen der physikalischen und der chemischen Eigenschaften der Sicherheitsbarrieren bestimmt, vor allem durch die Berechnung der Calcium-Auslaugung aus den Betonbarrieren. Es wird angenommen, dass die hydraulischen Leitfähigkeiten der technischen Barrieren nach Degradierung zwischen 10-11 und 10-8 [m·s-1] variieren.

Die mögliche Bandbreite der hydraulischen Leitfähigkeiten im Nahfeld verursacht, dass der Radionuklidtransport durch Advektion und Diffusion bestimmt werden kann. Die Wasserfliessgeschwindigkeiten innerhalb den Barrieren wurden berechnet. Die Resultate zeigen, dass die Wasserfliessgeschwindigkeiten innerhalb dem porösen Verfüllmaterial sich etwa um eine Grössenordnung erhöhen können gegenüber den Geschwindigkeiten im ungestörten Wirtgestein. Die Wasserfliessgeschwindigkeit durch die Abfallmatrix wird nie bedeutend höher als im Wirtgestein, weil angenommen wird, dass die poröse Verfüllung immer eine höhere hydraulische Leitfähigkeit besitzt als die Abfallmatrix.

Die Wasserfliessgeschwindigkeiten im Nahfeld wurden benutzt, um die relativen Freisetzungsraten von Spezies mit verschiedenen Sorptionseigenschaften zu berechnen. Folgende Modellansätze wurden benutzt: (1) ein detailliertes Advektions/Diffusions-Transportmodell, (2) ein «plug-flow»-Modell und (3) ein Mischzellen-Modell.

Die mit dem Advektions/Diffusions-Modell berechneten relativen Freisetzungsraten wurden in Freisetzungsraten für Radionuklide umgerechnet, unter Berücksichtigung des radioaktiven Zerfalls. Die Resultate zeigen, dass Sorption im Nahfeld der wichtigste Mechanismus zur Reduktion der Nuklidfreisetzung ist und sowohl die Freisetzungsrate als auch den Zeitpunkt der Freisetzung aus dem Nahfeld beeinflusst. Die Degradierungsrate der Barrieren ist von besonderer Bedeutung für die Freisetzung der kurzlebigen, schwach sorbierenden Nuklide. Von grosser Bedeutung für die Freisetzung solcher Radionuklide sind ebenfalls der Einbau einer zusätzlichen hydraulischen Barriere und die Beschaffenheit der Barrieren. Die physikalische Rückhaltung der Nuklide durch die technischen Barrieren ist nur über einen beschränkten Zeitraum garantiert. Deshalb wird die Freisetzung langlebiger Nuklide nur unbedeutend von der Qualität und Degradierungsrate der Barrieren beeinflusst.

Die langsame Korrosion metallischer Abfälle und die Begrenzung der Löslichkeit in der Abfallmatrix sind Prozesse, welche die Freisetzung von Radionukliden um Grössenordnungen reduzieren können. Solche Prozesse spielen eine wichtige Rolle für bestimmte Radionuklide und Abfallsorten, so etwa für Ni-59, dessen Freisetzung um 1 bis 4 Grössenordnungen kleiner wird, wenn sie durch die Korrosion der metallischen Abfallmatrix oder durch die Löslichkeit (10-5 kmol m-3) begrenzt wird.

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