Geologisches Tiefenlager – Versiegelung
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themen November 2012 / TB1 Geologisches Tiefenlager – Versiegelung Ein geologisches Tiefenlager muss den Einschluss von radioaktiven ­Abfällen über sehr lange Zeiträume gewährleisten (Langzeitsicherheit). Der Zweck der Versiegelung ist, nach dem definitiven Verschluss der einzelnen Lagerstollen und aller Zugänge zum Tiefenlager den Austritt von radioaktiven Substanzen aus dem Lagerbereich langfristig zu ­verhindern. Modellhafte Darstellung eines Stollen-Siegels für hochaktive Abfälle mit eingelagerten Lagerbehältern. Wirtgestein Verschluss Einschlussfähigkeit des Wirtgesteins gewährt Langzeitsicherheit des Lagers Zusätzlich muss ein Lager aber auch während der Bau-, Einlagerungs- und Überwachungsphase über Jahrzehnte sicher betrieben werden können. In diesem Zusammenhang spielt die Abdichtung aller offenen Zugänge oberhalb des Tiefenlagers (Schacht oder Rampe) gegenüber Wassereintritt eine wichtige Rolle. Nach dem definitiven Lagerverschluss übernimmt dann die Verfüllung und Versiegelung der Zugänge die Aufgabe der Abdichtung der verschiedenen Grundwasserleiter über dem Wirtgestein. Die Langzeitsicherheit des geologischen Tiefenlagers wird durch die geologische Barrierewirkung des Wirtgesteins in der Tiefe, die Qualität der Versiegelungsbauwerke im Wirtgestein selber und an der Grenze zwischen Wirtgestein und dem angrenzenden Gestein oberhalb bestimmt. Der Lagerbereich wird innerhalb des Wirtgesteins versiegelt (vgl. Abbildung unten, orange Siegelstrecken). Sand/Bentonit Modell des Versiegelungsbauwerkes «GAST» im Felslabor Grimsel. Der Versuch testet die gewollte Gasdurchlässigkeit der Versiegelung für ein künftiges SMA-Lager. Die Langzeitsicherheit des Lagers wird durch eine Versiegelung des Lagerbereichs im Wirtgestein selber erreicht (orange Siegelstrecken). Die Zugänge der Lagerzone von der Oberfläche her (Schacht/Rampe) werden während der Bau-, Betriebsund Überwachungsphase gegen Wassereintritt abgedichtet. Nach dem definitiven Verschluss des Lagerbereichs werden dann auch bei Schacht und Rampe aus Gründen des Grundwasserschutzes wasserführende Schichten definitiv gegeneinander mit Siegeln abgedichtet (dunkelgraue Siegelstrecken). Oberflächenanlage Grundwasser Ram pe ( Fels-Grund Schachtkopf Zug ang stu wasserleit er l) Versiegelung Rampe/Schacht zur Trennung der Grundwasserleiter Versiegelung des Tiefenlagers Wirtgestein innerhalb Wirtgestein (Langzeitsicherheit) Schacht nne Lagerbereich Damit wird verhindert, dass zum Beispiel über Was­ser­­­­zutritt und einen Wassertransport radioak­ti­ves Material aus dem Lager­ bereich austreten und an die Erdoberfläche transportiert ­werden kann. Das abschliessende Versiegeln des Lagerzugangs gegenüber den angrenzenden Gesteinen (inkl. ­Verfüllung von Rampen und Schächten) ­erfolgt erst nach einer l­ängeren Überwachungsphase, nachdem der Verschluss vom Bundesrat bewilligt wurde. Beton Verfüllmaterial Schacht Obere Filterschicht Bentonit/Sand/Kies-Gemisch 1 Bentonit/Sand/Kies-Gemisch 2 Obere Übergangsschicht Dichtelement kompaktierter Bentonit ca. 40 m Opalinuston Rahmengestein 3.6 m 4m 5.4 m Untere Übergangsschicht 2 Untere Übergangsschicht 1 Untere Filterschicht Untere Schottersäule Verdichtete Böschung Verdichtete Vorschüttung Unverdichtete Vorschüttung Bentonit/Sandverfüllung Versiegelung eines Schachtes Konzept-Darstellung eines rund 40 Meter mächtigen Dichtelements zur Versiegelung eines Zugangsschachtes. Dieses dichtet die direkte Ver­bin­ dung zwischen dem Opalinuston und dem darüber liegenden Gestein dauerhaft ab. Horizontal liegende Siegel für den Verschluss von Zugangs­ tunneln können auch länger sein. Abzweiger Betonwand Bentonit/Sand-Verfüllung Übergangsschicht Statisches Widerlager (Schotter) Das Abdichten und Auffüllen der Zugänge zum Lager oberhalb des Wirtgesteins (Rampe und Schacht) sind keine Massnahmen zum Einschluss der radioaktiven Stoffe – und sind damit nicht relevant für die Langzeitsicherheit des Tiefenlagers. Sie dienen vor allem dem Schutz vor ungewolltem menschlichem Zugriff auf die Abfälle oder zur Verhinderung von Grundwasserflüssen zwischen verschiedenen Grundwasserleitern. Siegel verschliessen Lagerzugänge Das Grund-Design der Versiegelung eines Tiefenlagers ist heute schon bekannt. Die Siegel sind in einer Dimension von mehreren 10 Metern Länge geplant. Neben dem Versiegeln des Lagerbereichs insgesamt werden auch die verfüllten Lagerstollen und -kavernen einzeln mit einem Siegel versehen, das aus mehreren Elementen besteht. Jedes ­Siegel ist ähnlich dicht gegenüber Wasserzutritt wie das Wirtgestein Opalinuston selbst. Übergangsschicht Hauptdichtelement (Bentonitgranulat) 0.7 5 Stollenverfüllung (Bentonitgranulat) 20 .00 1.0 BE-Behälter 0 Betriebstunnel BE/HAA 8.0 0 1.0 0 Schleuse 12 .00 5.0 0 Lagerstollen BE/HAA Versiegelung eines Lagerstollens Konzept-Darstellung der Versiegelung eines Lagerstollens für hochaktive Abfälle. Jeder einzelne Lagerstollen wird mit einem Abschluss versiegelt. Der Abschluss besteht aus einem Dichteelement, welches weitgehend wasserundurchlässig ist und zu einem Langzeiteinschluss der radioaktiven Substanz führt. Nagra Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle Hardstrasse 73 5430 Wettingen Schweiz Tel +41 56 437 11 11 Fax +41 56 437 12 07 www.nagra.ch [email protected] Es können verschiedene Materialien eingesetzt werden (z.B. Bentonit), welche sich schon vielfach in bestehenden Tunnelbauten bewährt haben.