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Technischer Bericht NTB 08-05

Vorschlag geologischer Standortgebiete für das SMA- und das HAA-Lager. Begründung der Abfallzuteilung, der Barrierensysteme und der Anforderungen an die Geologie. Bericht zur Sicherheit und technischen Machbarkeit

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Die Entsorgungspflichtigen haben gemäss dem Konzept «Sachplan geologische Tiefenlager» (BFE 2008) im Hinblick auf die Standortwahl in einer ersten Etappe Vorschläge für geologische Standortgebiete für das geologische Tiefenlager für die schwach- und mittelaktiven Abfälle (SMA-Lager) und für das geologische Tiefenlager für die hochaktiven Abfälle (HAA-Lager) einzureichen. Die entsprechenden Vorschläge, welche die Nagra im Auftrag der Entsorgungspflichtigen für die Etappe 1 des Sachplanverfahrens erarbeitet hat, sind in Nagra (2008b) begründet und dokumentiert. 

Gemäss Sachplan hat die Erarbeitung dieser Vorschläge in fünf Schritten zu erfolgen: Im ersten Schritt wird das Abfallinventar, das auch Reserven für zukünftige Entwicklungen enthält, auf das SMA- und das HAA-Lager aufgeteilt. Anhand dieser Abfallzuteilung werden im zweiten Schritt die Barrieren- und Sicherheitskonzepte für die beiden Lager festgelegt. Basierend darauf erfolgt im Hinblick auf die Evaluation der geologischen Standortmöglichkeiten die Ableitung quantitativer und qualitativer Vorgaben und Anforderungen an die Geologie. Dies betrifft den Betrachtungszeitraum, den Platzbedarf des Lagers, die Eigenschaften des Wirtgesteins (Tiefenlage, Mächtigkeit, laterale Ausdehnung, hydraulische Durchlässigkeit), die Langzeitstabilität, die Zuverlässigkeit der geologischen Aussagen und die bautechnische Eignung. 

Die Schritte 3 bis 5 umfassen die Evaluation der geologischen Möglichkeiten: Im dritten Schritt wird die grossräumige geologisch-tektonische Situation evaluiert, und es werden die weiter zu betrachtenden Grossräume festgelegt. Im vierten Schritt werden innerhalb der weiter betrachteten Grossräume die bevorzugten Wirtgesteine ausgewählt. Im fünften Schritt erfolgt die Evaluation der Konfigurationen, d. h. der räumlichen Anordnung der bevorzugten Wirtgesteine innerhalb der weiter betrachteten Grossräume und es werden geologische Standortgebiete abgegrenzt. 

Der vorliegende Bericht ergänzt den Bericht der Nagra mit dem Vorschlag geologischer Standortgebiete (Nagra 2008b). Er begründet die Abfallzuteilung zu den geologischen Tiefenlagern SMA und HAA, legt die entsprechenden Barrieren- und Sicherheitskonzepte fest und begründet die lagerspezifischen Anforderungen an die Geologie (Schritte 1 und 2). Diese Anforderungen werden im schrittweisen Einengungsverfahren zur Auswahl der geologischen Standortgebiete verwendet (Nagra 2008b). Der vorliegende Bericht ist keine konventionelle Sicherheitsanalyse; insbesondere enthält er auch keine sicherheitstechnische Bewertung von konkreten geologischen Tiefenlagern an bestimmten Standorten und in bestimmten Wirtgesteinen. Vielmehr werden anhand von orientierenden Sicherheitsbetrachtungen und Erfahrungen die erforderlichen Anforderungen abgeleitet. Standortbezogene Sicherheitsanalysen werden Gegenstand der nachfolgenden Etappen 2 und 3 des Sachplanverfahrens sein. 

Im Folgenden werden die Hauptresultate kurz vorgestellt. 

Abfallzuteilung  

Die für die Abfallzuteilung, Lagerauslegung und Festlegung von geologischen Standortgebieten zu berücksichtigenden Abfalleigenschaften sind gemäss BFE (2008) Inventar, Halbwertszeiten, Aktivität und Radiotoxizität der sicherheitsrelevanten Radionuklide sowie ihre zeitliche Entwicklung; ferner Abfallvolumen, Materialeigenschaften und ihre möglichen Auswirkungen auf das Wirtgestein, Wärmeentwicklung, Gehalt an potenziell Gas produzierenden Bestandteilen (Metalle, Organika) sowie Gehalt an Komplexbildnern. Die Beschreibung der Abfalleigenschaften bildet den Ausgangspunkt für die Abfallzuteilung. Für diese Beschreibung werden die Abfälle in Übereinstimmung mit der Kernenergieverordnung (KEV 2004) in die Kategorien HAA, ATA und SMA eingeteilt. Die Beschreibung zeigt, dass sich die HAA in allen Eigenschaften deutlich von denjenigen sowohl der ATA als auch der SMA unterscheiden. Deshalb werden die HAA wie gemäss bisherigem Konzept in einem separaten Lager, mit einem spezifisch auf die HAA abgestimmten Barrierensystem, entsorgt. 

Die ATA und die SMA unterscheiden sich zwar bzgl. spezifischer Radiotoxizität, bzgl. Spezifischer Aktivität und bzgl. spezifischer Wärmeleistung, sowohl was die absoluten Werte betrifft als auch insbesondere in Bezug auf den zeitlichen Verlauf. Hinsichtlich vieler anderer Eigenschaften sind die ATA und die SMA jedoch sehr ähnlich. Dies trifft insbesondere zu auf das Materialinventar. 

Grundsätzlich ist ein gemeinsames Lager für alle ATA und SMA denkbar. Die Erfahrung zeigt einerseits, dass ein solches Lager in einem günstigen Wirtgestein in einer günstigen geologischen Situation das Potenzial hat, die behördlichen Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Andererseits dominieren erfahrungsgemäss einige wenige der ATA- und SMA-Abfallsorten die berechneten Dosen. Falls diese dosisdominierenden Abfallsorten anderweitig entsorgt werden, reduzieren sich deshalb bei gleichbleibender Sicherheit die Anforderungen an die Geologie, mit entsprechend erweiterten Möglichkeiten, geeignete Standortgebiete zu finden. Aus diesen Gründen wird am bisherigen Konzept mit einem HAA-Lager mit einem LMA-Teil und einem SMALager festgehalten mit dem Ziel, die dosisdominierenden ATA- bzw. SMA-Abfallsorten dem LMA-Lager zuzuteilen, so dass die sicherheitstechnischen Anforderungen an die Geologie für das SMA-Lager entsprechend reduziert werden können. Die ATA/SMA werden hauptsächlich aufgrund von generischen Dosisberechnungen auf die beiden Lager aufgeteilt, da sich die ATA und die SMA bzgl. Materialinventar und Gasbildungsraten nur geringfügig unterscheiden und da sowohl das HAA-Lager (inkl. LMA-Teil) und das SMA-Lager so ausgelegt werden, dass lagerbedingte Einflüsse, die von den Abfällen ausgehen, die Langzeitsicherheit nicht signifikant beeinträchtigen. 

Der entsprechende Vorschlag der Nagra enthält zwei Varianten, charakterisiert durch Mindestanforderungen an die grossräumige hydraulische Durchlässigkeit des Wirtgesteins für das SMA-Lager von 10-10 m/s und 10-9 m/s. Erwartungsgemäss ist das Volumen der Abfälle, die dem SMA-Lager zugeteilt werden, bei der Variante 10-9 m/s etwas kleiner als bei der Variante 10-10 m/s. Aufgrund der Einschätzung der geologischen Möglichkeiten in der Schweiz, die zeigt, dass es genügend geeignete Wirtgesteine resp. einschlusswirksame Gebirgsbereiche mit einer grossräumigen hydraulischen Durchlässigkeit von 10-10 m/s oder besser gibt, wird die entsprechende Zuteilungsvariante als Referenzzuteilung bezeichnet; die Variante für 10-9 m/s als alternative Zuteilung. In beiden Varianten werden alle ATA dem HAA-Lager (LMA-Teil) zugeteilt. Bei der Referenzzuteilung wird zusätzlich etwas weniger als 1% des Volumens der SMA dem HAA-Lager (LMA-Teil) zugeteilt; im Falle der alternativen Zuteilung etwas weniger als 10%. 

Barrieren- und Sicherheitskonzept  

Das Barrierenkonzept beschreibt die funktionale Beschaffenheit der verschiedenen technischen und geologischen Barrieren des Tiefenlagers und basiert auf einem System von gestaffelten passiven Sicherheitsbarrieren, bestehend aus Abfallmatrizen, Endlagerbehälter, der Verfüllung der untertägigen Lagerkammern, der Verfüllung und Versiegelung der untertägigen Bauwerke, dem Wirtgestein und allenfalls vorhandenen Rahmengesteinen sowie der geologischen Situation.  

Das Sicherheitskonzept zeigt auf, wie die verschiedenen technischen und geologischen Barrieren zur Sicherheit des Gesamtsystems beitragen bzw. welche Sicherheitsfunktionen sie gewährleisten. Die Sicherheitsfunktionen bewirken die physische Trennung der Abfälle vom menschlichen Lebensraum und die Gewährleistung der erforderlichen Langzeitstabilität, den Einschluss der Radionuklide, die verzögerte Freisetzung der Radionuklide, die Radionuklidrückhaltung im Nahfeld und in der Geosphäre und gewährleisten kleine Freisetzungsraten.  

Beim gewählten Sicherheitskonzept tragen sowohl die technischen als auch die geologischen Barrieren (Wirtgestein, allenfalls vorhandene Rahmengesteine und ihre geologische Situation) in signifikantem Masse zur Barrierenwirkung des Gesamtsystems bei. Ein System, bei welchem der Einschluss und die Rückhaltung der Radionuklide nur durch die technischen Barrieren gewährleistet würden, wird in Übereinstimmung mit den behördlichen Vorgaben nicht in Betracht gezogen. 

Weiter wird illustriert, welchen Beitrag zur Sicherheit die verschiedenen Elemente des Barrierensystems leisten. In beiden Lagertypen wird der weitaus grösste Anteil der Radiotoxizität durch Immobilisierung der Radionuklide und radioaktiven Zerfall bereits innerhalb der technischen Barrieren abgebaut. Weiter erfolgt während des Transports durch das Wirtgestein ein weiterer Abbau durch Zerfall, so dass derjenige Anteil der Radionuklide, der die technischen und geologischen Barrieren verlassen kann, nur noch einem winzigen Bruchteil der ursprünglichen Radiotoxizität entspricht. Dies bewirkt, dass die entsprechenden Dosen deutlich unter dem Schutzziel liegen.  

Anforderungen an die Geologie 

Die Festlegung der Anforderungen an die Geologie erfolgt in zwei Schritten. In einem ersten Schritt werden die Indikatoren festgelegt, welche die im Sachplan geologische Tiefenlager aufgeführten Kriterien adäquat erfassen und welche im Verfahren zur Festlegung von geologischen Standortgebieten verwendet werden. In einem zweiten Schritt werden die Anforderungen bzw. Bewertungsskalen für die Indikatoren festgelegt. 

Den Ausgangspunkt bei der Festlegung der Indikatoren bilden die oben erwähnten Sicherheitsfunktionen sowie ein Satz von übergeordneten Prinzipien, welche die zuverlässige Erstellung der geologischen Tiefenlager und die Zuverlässigkeit der geologischen Aussagen betreffen. Dazu wird ein Satz von Indikatoren mit zugehörigen Anforderungen bzw. Bewertungsskalen festgelegt, bei dessen Anwendung im Einengungsverfahren geologische Standortgebiete resultieren, in welchen geologische Tiefenlager gebaut werden können, welche die Sicherheitsfunktionen und Prinzipien erfüllen und genügend Sicherheit gewährleisten. 

Für die Festlegung der Anforderungen bzw. Bewertungsskalen für die Indikatoren werden Radionuklid-Freisetzungsrechnungen, Modellrechnungen zum Verhalten einzelner Barrieren oder Eigenschaften, Mess- und Erfahrungswerte sowie qualitative Grundlagen verwendet. 

Basierend auf den durchgeführten generischen Sicherheitsbetrachtungen sowie den Erfahrungen aus früheren System- und Sicherheitsanalysen werden die folgenden Merkmale für die Standortevaluation als besonders wichtig beurteilt: 

  • Bei der Identifikation geeigneter geologisch-tektonischer Grossräume (Schritt 3) gilt das Hauptaugenmerk der Langzeitstabilität der geologischen Situation (Geodynamik und Neotektonik, Hebung bzw. Erosion) und den typischen räumlichen Verhältnissen und ihrer Explorierbarkeit (regionales Störungsmuster und Lagerungsverhältnisse).
  • Für die Identifikation potenziell geeigneter Wirtgesteine und einschlusswirksamer Gebirgsbereiche (Schritt 4) sind die Gesteinseigenschaften (insbesondere die Beständigkeit der Gesteinseigenschaften (Potenzial für Verkarstung), die hydraulische Durchlässigkeit und – für Sedimentgesteine – ihr Selbstabdichtungsvermögen) unter Berücksichtigung der tektonischen Überprägung sowie das Potenzial für eine geeignete Geometrie der Gesteinsvorkommen (Mächtigkeit, minimale und maximale Tiefenlage, laterale Ausdehnung) sowie machbare geotechnische Eigenschaften ausschlaggebend.
  • Bei der Identifikation geeigneter Konfigurationen (Schritt 5) stehen die räumlichen geologischen Verhältnisse im Vordergrund. Dazu gehören die Mächtigkeit in geeigneter Tiefenlage (minimale Tiefenlage im Hinblick auf flächenhafte Erosion und glaziale Tiefenerosion sowie bzgl. Gesteins-Dekompaktion; maximale Tiefenlage im Hinblick auf bautechnische Verhältnisse) und die laterale Ausdehnung (unter Berücksichtigung von regionalen geologischen Elementen) sowie die lokale geologisch-tektonische Situation.

Diese Merkmale sind in die verwendete Einengungsprozedur integriert und werden durch entsprechende Mindestanforderungen bzw. verschärfte Anforderungen sowie bei der Bewertung berücksichtigt. 

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