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Technical Report NTB 94-03

Modelling of the Near-Field Chemistry of the SMA Repository at the Wellenberg Site: Application of the Extended Cement Degradation Model

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Das Endlager SMA für kurzlebige schwach- und mittelaktive Abfälle besteht zu ca. 95 Gewichtsprozent aus Beton, zu ca. 4 % aus Stahl und zu ca. 1 % aus hochmolekularen organischen Abfallkomponenten. Im vorliegenden Bericht wird die langfristige Beständigkeit von Beton, Stahl und hochmolekularen organischen Abfallkomponenten unter Endlagerbedingungen in Abhängigkeit der Zeit modellhaft beurteilt. Dies ist Grundlage für die Beschreibung der Freisetzung von Radionukliden aus den Endlagerkavernen, insbesondere der Sorption von Radionukliden an Beton.

In den Endlagerkavernen wirken verschiedene Prozesse auf Beton ein, die seine Beständigkeit beeinflussen. Von aussen ist dies die Auslaugung von Zementstein durch das durchströmende Grundwasser. Von innen ist dies die Auflösung von Endlagerkomponenten in das Zementporenwasser, welche mit Beton reagieren können. Hierfür am bedeutendsten sind die hochmolekularen organischen Abfallkomponenten, die unter Endlagerbedingungen zu organischen Säuren abgebaut werden und mit den basischen Komponenten von Beton reagieren.

Die Auslaugung von Zementstein wurde durch ein Mischbehältermodell als eine Abfolge von Batch-Experimenten beschrieben, in denen der gleiche Zementblock immer wieder mit frischem Grundwasser reagiert. Das Mischbehältermodell beruht auf Berner (1990). Es wurde durch weitere Zementfestphasen erweitert und kann vereinfacht die Degradation von hochmolekularen Organika und ihre Reaktion mit Zementstein berücksichtigen. Das Mischbehältermodell zeigt, mit den geringen Wasserflüssen wie sie für ein SMA-Endlager vorgesehen sind, dass Beton über geologische Zeiträume beständig ist, wenn hochmolekulare Organika in kleinen Mengen vorhanden sind. Bei hohen Gehalten an hochmolekularen Organika kann die Beständigkeit von Beton jedoch herabgesetzt sein.

Der Redoxzustand der Endlagerkavernen wird vor allem durch die Korrosion von Stahl bestimmt. In den ersten Jahrzehnten nach Endlagerverschluss (aerobe Phase) wird der Sauerstoff im Endlager durch die Korrosionsvorgänge bis auf Spuren aufgebraucht. Nach Abbau des Sauerstoffs findet während einiger Jahrtausende die anaerobe Korrosion des Stahls und der anderen Metallbestandteile statt. Der Redoxzustand ist während dieser Phase stark reduzierend. Nachdem alle Metalle im Endlager korrodiert sind, passt sich der Redoxzustand langsam dem des einfliessenden Grundwassers an.

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