In dieser Präsentation legt ein Expert des ENSI dar, welche Eigenschaften das Versiegelungsmateriel eine Tiefenlagers aufweist.

1. Antwort des ENSI zur Frage 91:
Verhalten von
Versiegelungsmaterial
eingereicht von: Iris Frey (19.10.2012)
B. Graupner, E. Frank, A.-K. Leuz
ENSI

2. Fragestellung
Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner
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3. Aktuelles Lagerkonzept – Bau
Entstehung der Auflockerungszone
bei Erstellung der Lagerstollen
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4. Aktuelles Lagerkonzept – Einlagerung
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5. Warum Bentonit?
-
Dichte Füllung des Hohlraums um Tiefenlagerbehälter (mechanische Funktion)
-
mechanische Stabilität der Lagerstollen
-
Minimierung der Auflockerungszone durch
Quellen
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6. Warum Bentonit?
-
Chemische Funktion
-
Rückhalt vieler
Radionuklide durch
Sorption (Zerfall im
Bentonit)
Nagra NTB 02-05
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7. Warum Bentonit?
-
Hydraulische Funktion
-
Begrenzung der Wasser- und Stoffbewegung im
Umfeld des Tiefenlagerbehälters
-
Verlangsamung der Korrosion
-
Verlangsamung des Radionuklidtransports mit
Wasser (Diffusion)
Foto: H. Hauser
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8. Was ist Bentonit?
-
Etwa 80 % Smektite
Bis etwa 10 % Illit
Einlagerung von H2O
Sorption von Kationen
Niedrige hydraulische Permeabilität
Possiva 2010-53
Bentonit-Sand-Gemisch
-
Ähnliche Eigenschaften wie Bentonit, die in
Abhängigkeit vom Sandanteil abgeschwächt werden
-
etwas höhere hydraulische Durchlässigkeit
-
Etwas geringeres Quellvermögen
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9. Einfluss des Wassers/Porenwasserdrucks
-
Wasser führt zum Quellen des Bentonits
(Einlagerung in Zwischenschichten)
-
Hohlraum wird dicht gefüllt
-
Durch Quellen steigt Porenwasserdruck
-
Es gibt kein freies Quellen, da Material dicht
eingelagert
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www.geodz.com
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10. Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
- Wärmeabgabe durch HAA
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11. Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
Mechanischer Effekt
- Steigende Temperatur führt zu Ausdehnung
des Bentonits
- Abkühlung führt zum Schrumpfen des
Bentonits
- Schrumpfrisse werden durch Quellen
wieder geschlossen
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12. Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
-
Zunehmende Umwandlung der Smektite in Illite
(Bsp. in Tonschiefern)
Bildungsregime 60 – 150°C
SKB TR-06-11
Nadeau 2004
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13. Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
-
Auswirkungen der Smektit-Illit-Umwandlung
SKB TR-06-11
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14. Temperatur
-
Vorhersage der Smektit-IllitUmwandlung mit verschiedenen
Modellen für variierende
Bedingungen
-
Temperatur ist für Umwandlung
sehr bedeutend
-
Nachlieferung von Kalium ebenfalls
-
K-Konzentration im OPA
Porenwasser: etwa 0.001 M
-
Temperatur ab 1000 a << 100°C
-
Cuadros Modelle passen nicht zu
Smektitfunden
SKB TR-06-11
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15. Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
Natürliche Analoga – Kinnekulle (Schweden)
- Bildung: 450 Ma, Magmaüberlagerung 300 Ma
- Quelldruck 4 (Rand) - 15 MPa (Mitte)
- Smektit > 25 %
- Zementation
Possiva 2010-53
Possiva 2010-53
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16. Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
-
Auswirkungen der Smektit-Illit-Umwandlung
SKB TR-06-11
Schlussfolgerungen:
- Begrenzung der maximalen Temperatur im Bentonit
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17. Einfluss der Wasserbewegung
- Keine Erosion durch fliessendes Wasser im
gering durchlässigen Untergrund
- Fluss: 0.1 – 6 m/s (Donau Unterstrom 0.5 m/s)
http://www.youtube.com/watch?v=AE771AdF5dM
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18. Einfluss der Wasserbewegung
- Keine Erosion durch fliessendes Wasser
- Fluss: 0.1 – 6 m/s (Donau Unterstrom 0.5 m/s)
- GW fliesst sehr langsam, keine Erosion
n
0.1
dh/dl
1
kf
qv [m/s]
qa [m/s]
qa [m/d]
qa [m/a]
1.00E-03
1.00E-03
1.00E-02
36.0
13140
1.00E-05
1.00E-05
1.00E-04
0.36
131.4
1.00E-07
1.00E-07
1.00E-06
0.0036
1.314
1.00E-10
1.00E-10
1.00E-09 0.0000036
0.001314
http://www.youtube.com/watch?v=OMs4X5BJ_zQ
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19. Einfluss der Wasserchemie
Ionenstärke
-
Chemische Aktivität der gelösten Ionen
-
Hohe Ionenstärke senkt Quellfähigkeit (ab etwa 0.7
mol/L)
-
Ausgleich durch Erhöhung der Trockenrohdichte
der für die Verfüllung verwendeten Bentonitpellets
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20. Einfluss der Wasserchemie
Zement-Bentonit Wechselwirkungen
-
-
Umwandlung von Smektit bei hohem pH (> 12),
Quellfähigkeit sinkt
Gaucher (2006) in "Waste Management„, BRGM
Montmorillonit ist quellfähiges
TM der Smektitgruppe
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21. Fragestellung
Quellen, Illitisierung langsam
Natürliche Analoga
GW fliesst sehr langsam
Verminderte Quellfähigkeit
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