Auspressung von Lösung aus den Einlagerungsbereichen

Da das frühzeitige Entweichen von Gas aus dem Einlagerungsbereich bzw. dessen Verbleiben im Einlagerungsbereich einen wesentlichen Einfluss auf die Dauer und das Ausmaß des Lösungszu-tritts in den Einlagerungsbereich hat, werden im Modell beide Möglichkeiten unterstellt, als Fall ohne Gaspolster und als solcher mit Gaspolster (siehe Abbildung 3-5). Im erstgenannten Fall stoppt der Lösungszutritt erst, wenn die zugetretene Lösung das Gesamthohlraumvolumen des Einlagerungsbereichs unter Berücksichtigung der Konvergenz vollständig aufgefüllt hat, im zweiten Fall bereits, wenn der Fluiddruck im Einlagerungsbereich dem Lösungsdruck im „Bereich Ende Abdichtsystem“ (siehe Abbildung 3-3) entspricht. Der erste Fall kann sich zum Beispiel dadurch ergeben, dass das Gas bereits während der Zutrittsphase abfließt (vgl. Anhang K), dass sich keine relevante Gasmenge bildet oder dass der überwiegende Teil des Gases in Lösung geht.

ohne Gaspolster

mit Gaspolster, ohne Gasfluss

mit Gaspolster, mit Gasfluss Einfluss der Gasbildung

4651/rsk_03_b.eps/shu/07.06.02

p_g > p_w,z

p_g

gasgefüllter Bereich flüssigkeitsgefüllter Bereich Abfälle

Abdichtsystem Gasdruck hydrostatischer Druck

Konvergenz

p_w,z p_g > p_w,z

Abbildung 3-5 Schematische Darstellung der drei Fälle „ohne Gaspolster“, „mit Gaspolster, oh-ne Gasfluss“ und „mit Gaspolster, mit Gasfluss“ für die Auspressphase aus dem Einlagerungsbereich

Nach dem Ende des Lösungszutritts dreht sich die Lösungsbewegung im Abdichtsystem um, ge-trieben von der fortschreitenden Konvergenz und – in den Fällen mit Gaspolster der Gasbildung, sofern diese nicht vorher zu Ende gegangen ist. In den Fällen mit Gaspolster werden während der Auspressphase zwei Fälle unterschieden (vgl. Abbildung 3-5):

(i) Das Gas bleibt auch während der Auspressphase im Einlagerungsbereich gefangen und nur kontaminierte Salzlösung wird ausgepresst (Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“) oder (ii) Gas entweicht sofort und gleichzeitig mit der Salzlösung (Fall „mit Gaspolster, mit

Gas-fluss“).

Der Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“ tritt ein, wenn (1) eine oder mehrere Abdichtungen auf den unteren Sohlen durchgehend korrodiert ist bzw. sind, (2) das gebildete Gas aus dem Einlage-rungsbereich oberhalb der durchgehend korrodierten Abdichtungen nicht entweichen kann und (3) vor den korrodierten Abdichtungen Lösung ansteht. Das Anstehen von Lösung vor den korrodier-ten Abdichtungen ist in der Regel gegeben, wenn die Bedingung (1) erfüllt ist.

Der Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“ kann eintreten, wenn (1) keine Abdichtung durchgehend korrodiert und die Abdichtungen auf den oberen und den unteren Sohlen am Ende der Zutrittspha-se vergleichbare hydraulische Widerstände aufweiZutrittspha-sen oder wenn (2) eine Abdichtung auf einer oberen Sohle durchgehend korrodiert.

Der Fall „ohne Gaspolster“ repräsentiert die Fälle, in denen eine Abdichtung auf der obersten Soh-le bereits während der Zutrittsphase eine relativ hohe Gasdurchlässigkeit mit niedrigem Gasein-dringdruck aufweist oder wenn die Gasbildungsrate im Einlagerungsbereich sehr niedrig ist.

Der Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“ ist in der Regel im Hinblick auf die radiologischen Auswir-kungen der ungünstigste Fall, dies zeigen die Ergebnisse der Modellrechnungen. Er ist auch für den Einlagerungsbereich WSF als wahrscheinlichster Fall einzustufen, da sich die kürzesten Ab-dichtungen auf der 3. und 4. Sohle befinden (vgl. Anhang D). Die Modellrechnungen zeigen im weiteren, dass das Abdichtsystem des Einlagerungsbereichs OF meistens nicht durchgehend kor-rodiert wird und dass dabei die Abdichtung aus Magnesiabeton auf der unteren, der 4.Sohle ihre anfängliche geringe Durchlässigkeit weitgehend behält. Damit erfolgt im ELB OF in der Regel der Übergang von der Zutrittsphase in die Auspressphase bei einem relativ niedrigen Stand des Lö-sungspegels im Einlagerungsbereich. In dieser Situation ist der Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“

am plausibelsten. Der Fall „ohne Gaspolster“ ist für die abgedichteten Einlagerungsbereiche als Extremfall einzustufen, der vor allem zur Abrundung der Ergebnisse bei der Sicherheitsanalyse betrachtet wird.

Bei den nicht abgedichteten Einlagerungsbereichen ist es wenig wahrscheinlich, dass das gebilde-te Gas zunächst gefangen bleibt und vor dem Entweichen sämtliche kontaminiergebilde-te Lösung aus den Einlagerungsgrubenbauen auspresst. Aufgrund der bestehenden Ungewissheiten zu den geo-metrischen und hydraulischen Bedingungen wird für diese Einlagerungsbereiche gleichwohl allen drei Fällen vergleichbares Gewicht zugewiesen.

In den Fällen „mit Gaspolster“ ist die Phase der Lösungsauspressung zeitlich begrenzt. Sie dauert, bis sämtliche zugetretene Lösung den „Bereich Ende Abdichtsystem“ und damit den sog. „Mi-schungsbereich Grubengebäude“ (vgl. Abbildung 33) erreicht hat. Im Fall „ohne Gaspolster“

nimmt die Rate der Lösungsauspressung wie die fortschreitende Konvergenz ab, d.h. ungefähr exponentiell mit der Zeit.

Zwei-Phasen-Strömung und deren Vereinfachung

Die im Endlager auftretenden Bewegungen von Salzlösung und Gas sind aufgrund der Gegeben-heiten i.a. ZweiPhasenStrömungen. Diese können bei hohen Sättigungen jedoch näherungs-weise mit den Konzepten der gesättigten Strömung beschrieben werden. Die mit den Gleichungen der gesättigten Strömung ermittelten Fließraten sind größer als jene nach den Zwei

Pha-senModellen, da sie die Verringerung der Fließquerschnitte durch die konkurrierende Phase und die Permeabilitätsverringerung durch Teilsättigung vernachlässigen. Das Ziel einer Sicherheitsana-lyse ist eine möglichst einfache Beschreibung der wesentlichen Prozesse in konservativer Weise, um die maximale Radionuklidfreisetzung bzw. Strahlenexposition in der Biosphäre zu ermitteln.

Die Bewegung von Salzlösung und Gas wird im Modell deshalb teilweise entkoppelt und nicht als voll gekoppelter ZweiPhasen-Prozess berechnet. Durch diese teilweise Entkopplung berücksich-tigt das vereinfachende Modell einige Prozesse nicht explizit, sondern deckt deren Einfluss nur konservativ ab, in einzelnen Fällen geschieht dies im Rahmen der Parametervariationen.

Eine real möglicherweise auftretende, entgegengesetzte Bewegung von Salzlösung und Gas wäh-rend der Zutrittsphase (Lösungszutritt, Gasauspressung) führt zu einer längeren Zutrittsphase und zu einem größeren Lösungsvolumen im Einlagerungsbereich zu Beginn der Auspressphase im Vergleich zu den Modellergebnissen für die Fälle „mit Gaspolster“. Bezüglich der Dauer der Zu-trittsphase und damit des Beginns der Radionuklidfreisetzung ist das Modell somit konservativ.

Bei vollständigem Entweichen des Gases während der Zutrittsphase entsprechen die Verhältnisse dem Fall „ohne Gaspolster“, bei dem es zu einer vollständigen Füllung des Einlagerungsbereichs mit Lösung kommt. Der wirkliche Füllgrad des Einlagerungsbereichs mit Lösung zu Beginn der Auspressphase wird zwischen dem Fall „ohne Gaspolster“ und den Fällen „mit Gaspolster“ liegen.

Die hinsichtlich der Bewegung von Lösung und Gas vielfach zutreffende Betrachtungsweise, der Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“, ergibt denselben Füllgrad wie der Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“, jedoch ist – solange das Gaspolster nicht vollständig ausgepresst ist – die Auspressrate für Lösung geringer (und die Auspressphase somit länger andauernd), da in diesem Fall der Druckabbau zusätzlich durch den schneller stattfindenden Gasaustritt erfolgt.

Grundsätzlich kann davon ausgegangen werden, dass die real auftretenden ZweiPhasen Strö-mungen in einem Einlagerungsbereich und den Zugangsstrecken zu kleineren Zutrittsraten und somit zu längeren Zutrittsphasen als im hier verwendeten vereinfachenden Modell führen. Ebenso ergeben sich kleinere Auspressraten kontaminierter Lösung und länger andauernde Auspresspha-sen. Beides führt zu einer geringeren und späteren Maximalfreisetzung aus dem Einlagerungsbe-reich.

Der gleichzeitige Zutritt von Salzlösung und Austritt von Gas in bzw. aus einem Einlagerungsbe-reich wird für den Fall mehrerer parallel geschalteter Zugangsstrecken auch im Anhang K disku-tiert.