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Technical Report NTB 90-16

Experimental proposals for procedures to investigate the water chemistry, sorption and transport properties of marl

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Der vorliegende Bericht enthält grundsätzliche Überlegungen zu Laboruntersuchungen zur Grundwasserchemie, zum Sorptionsverhalten und zu den Transporteigenschaften potentieller Wirtgesteine für radioaktive Abfälle. Als Beispiel dienen Untersuchungen an Valanginian-Mergel-Proben; die Methodik sollte im allgemeinen aber auch auf andere Gesteine anwendbar sein.

Einleitend werden die Probeentnahme, die Probenvorbereitung, sowie die mineralogische Charakterisierung kurz diskutiert.

Anschliessend erfolgt eine ausführliche Diskussion der als notwendig erachteten Verfahren zur Bestimmung der Poren-/Grundwasserchemie der Gesteinsmatrix. Diese Verfahren eignen sich speziell für Gesteine mit geringem Wassergehalt («trocken») und merklichen Ton- und Karbonatanteilen (z. B. Mergel). Eine wichtige Schlussfolgerung ist, dass einfache Extraktionsmethoden bei verschiedenen flüssig/fest – Verhältnissen mit anschliessender Extrapolation auf das natürlich vorliegende Verhältnis nicht notwendigerweise zu einer korrekten Poren-/Grundwasserzusammensetzung führen.

Unsicherheiten und Schwierigkeiten, welche grundsätzlich mit der Messung von Sorptionseigenschaften verknüpft sind, werden für verschiedene Methoden (Batch-, Infiltrations-und Diffusionsmethode) vorgestellt. Die einzelnen Verfahren werden im Detail anhand von Beispielen diskutiert.

Vergleiche von Sorptionsdaten von Versuchen an gemahlenem Gestein mit gleichartigen Untersuchungen an intaktem Gestein zeigen oft merkliche Unterschiede. Deshalb wird ein Experiment vorgeschlagen, welches die verschiedenen Methoden über die Messung der Kationaustauschkapazität quantitativ miteinander verknüpft und dadurch die Unterschiede in den Sorptionsdaten befriedigend erklärt.

Abschliessend werden die möglichen Konsequenzen für andere Experimentalprogramme (Gas-Untersuchungen im Valanginian-Mergel, Quellung der Ton-reichen Fraktionen) kurz diskutiert, die sich aus der Anwendung der beschriebenen Methodik ergeben.

Die Autoren möchten festhalten, dass die in diesem Bericht aufgezeigten Meinungen, Ideen und Konzepte ihre Ansichten zu einem Zeitpunkt (Oktober 1989) vor dem Beginn des experimentellen Programmes darstellen. Erst die praktischen Erfahrungen werden letztendlich zeigen, wie weit die expliziten Vorschläge tatsächlich angewendet werden können. Auch wenn sich einige der Ideen möglicherweise als unrichtig erweisen werden, wird die vorliegende Arbeit aufgrund des wesentlich vertieften Verständnisses der experimentell zugänglichen Zusammenhänge trotzdem als sehr nützlich und hilfreich erachtet. Es ist auch denkbar, dass zukünftige Untersuchungsprogramme auf der vorgestellten Methodik aufbauen können.

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