5.1 Deterministische Berechnungen
5.1.1 Deterministische Berechnungen für das Referenzszenario
Die Parameterwerte des Referenzszenarios sind die Referenzwerte (vgl. Angaben für ausgewählte Parameter in Kapitel 4 und vollständige Liste in Anhang C).
5.1.1.1 Fall „ohne Gaspolster“
Der Fall „ohne Gaspolster“ unterstellt in Bezug auf die Wirkung der Gasbildung ein extremes Sys-temverhalten: Die Salzlösung tritt ohne Beeinflussung durch die Gasbildung in die Einlagerungsbe-reiche ein, bis diese vollständig mit Lösung gefüllt sind. In den nicht abgedichteten Einlagerungs-bereichen NF und ZT ist das gleichzeitig mit dem Volllaufen der übrigen Grube nach 7'500 Jahren der Fall. Für die abgedichteten Einlagerungsbereiche ergeben sich im Referenzszenario folgende Zeiten bis zum vollständigen Volllaufen: Nach 27'000 Jahren ist das Abdichtsystem des West-Südfelds durchgehend korrodiert, und der Einlagerungsbereich läuft anschließend innerhalb kurzer Zeit voll. Der ELB OF ist rechnerisch nach 215'000 Jahren vollgelaufen. Das Resthohlraumvolu-men hat in dieser Zeit durch Konvergenz deutlich abgenomResthohlraumvolu-men. Die bis dahin zugetretene Lö-sungsmenge ist insgesamt recht gering, so dass der Korrosionsfortschritt in den Abdichtungen auf beiden Sohlen im Verhältnis zu ihren Längen von 150 m (2. Sohle) bzw. 110 m (4. Sohle) gering ist: Die Länge des korrodierten Abschnitts der Abdichtung aus Salzbeton auf der 2. Sohle beträgt 23 m, die Länge des korrodierten Abschnitts der Abdichtung aus Magnesiabeton auf der 4. Sohle 14 m.
ELB WSF ELB NF
103 100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
104 105 106
Dosis in mSv/a
0,3 mSv/a
Zeit nach Endlagerverschluss in Jahren
126Sn
126Sn 135
Cs
79Se
129I
36Cl
99Tc
99Tc
59Ni
14Cmeth
14Cmeth
Abbildung 5-1 Zeitlicher Verlauf der Summendosis und der Dosiswerte für ausgewählte Radio-nuklide für den Fall „ohne Gaspolster“ mit den Referenzparametern
Das danach folgende Auspressen von Salzlösung mit den mobilisierten Radionukliden beruht aus-schließlich auf der Konvergenz der Einlagerungsbereiche. Die Auspressung aus den nicht abge-dichteten Einlagerungsbereichen NF und ZT setzt praktisch instantan ein; da hier zudem keine Strömungswiderstände vorhanden sind und die Konvergenzrate des ELB NF vergleichsweise hoch ist, ist zudem die relative Auspressrate – bezogen auf das Volumen des jeweiligen Einlagerungs-bereichs – am größten. Aus dem ELB WSF wird bereits kurze Zeit, nachdem der Einlagerungsbe-reich mit Lösung gefüllt ist, radionuklidhaltige Lösung aus dem Abdichtsystem ausgepresst. Für das Ostfeld schließlich ist die Konvergenz zu Beginn der Auspressphase bereits weitgehend ab-geschlossen. Entsprechend ist erst nach rund 300'000 Jahren das Porenwasser im Abdichtsystem vollständig durch radionuklidhaltige Lösung verdrängt. Die Radionuklidfreisetzung aus dem ELB OF in den Mischungsbereich setzt deshalb erst zu diesem Zeitpunkt ein.
Die Freisetzung aus dem Deckgebirge in die Biosphäre setzt für nicht sorbierende Nuklide nach dem Volllaufen der Restgrube während 7'500 Jahren mit einer Verzögerung von etwa 1'000 Jahren ein (Abbildung 5-1). Diese Zeit ist erforderlich, um das Wasser im Porenraum des dem Modell zugrunde liegenden Transportpfads durch Hutgestein und Deckgebirge zu verdrängen und durch Grubenlösung zu ersetzen. Die treibende Kraft dafür ist die Konvergenz der übrigen Grube mit einer Rate von ca. 8 m3/a. Diese Freisetzung führt zu einem ersten Maximum der Dosis in der Bio-sphäre von 1,510-5 mSv/a nach 14'000 Jahren, dominiert durch 14CH4 aus dem Nordfeld. Die Do-sisbeiträge von 126Sn und 99Tc, ebenfalls aus dem Nordfeld, liegen um 1 bis 2 Größenordnungen darunter. Der Einlagerungsbereich Zentralteil weist eine ähnliche Charakteristik auf, das Maximum der Summendosis liegt jedoch unterhalb von 10-6 mSv/a und ist somit unbedeutend.
Der Rückgang der Summendosis im weiteren Verlauf wird durch den Zerfall des 14C verursacht.
Nach etwa 28'000 Jahren kommt es zur Freisetzung der Radionuklide aus dem West-Südfeld, und die Summendosis steigt wieder an, bis sie bei 40'000 Jahren das Gesamtdosismaximum von 0,0003 mSv/a erreicht. Dieses wird durch 126Sn dominiert. Der Beitrag des Ostfelds ab 300'000 Jahren bringt keine weitere Erhöhung der Summendosis. Vielmehr führt das Abklingen der Konvergenz in der Grube zu einem leichten Rückgang der Summendosis bis zum Ende des Betrachtungszeitraums.
5.1.1.2 Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“
Der Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“ unterstellt in Bezug auf die Wirkung der Gasbildung ein zweites extremes Systemverhalten: Es wird angenommen, dass sich in den Einlagerungsberei-chen ein Gasvolumen aufbaut, das nicht entweiEinlagerungsberei-chen kann und so zum Druckaufbau beiträgt. Es entsteht dadurch während der Phase des Lösungszutritts ein Gegendruck, der die Zutrittsrate zu-nehmend verringert und eine vollständige Füllung der Einlagerungsbereiche verhindert. Im West-Südfeld ist die Folge des verlangsamten Lösungszutritts, dass das Abdichtsystem (verglichen mit dem Fall „ohne Gaspolster“) langsamer korrodiert. Daher dauert es länger als im Fall „ohne Gas-polster“, nämlich bis zum Zeitpunkt 35'000 Jahre, bis der Fluiddruck zwischen ELB WSF und Rest-grube ausgeglichen ist und damit der Lösungszutritt endet. Im Ostfeld dagegen erreicht der Gas-druck nach 88'000 Jahren aufgrund von Gasbildung und Konvergenz den Wert des hydrostati-schen Drucks in der übrigen Grube, so dass die Zutrittsphase deutlich früher abgeschlossen ist als
im Fall „ohne Gaspolster“ (bei sehr geringem Korrosionsgrad des Abdichtsystems). Der daraus resultierende Füllgrad der Einlagerungsbereiche am Ende der Zutrittsphase beträgt 47% im West-Südfeld, während in das Ostfeld nur wenig Flüssigkeit zutritt; hier errechnet sich ein Füllgrad von 12,5%. Für das Nordfeld und den Zentralteil erfolgt wegen der fehlenden Abdichtung ein vollstän-diges und instantanes Volllaufen; hier ergibt sich in der Zutrittsphase kein Unterschied zum Fall
„ohne Gaspolster“.
ELB OF
ELB NF ELB WSF
103 100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
104 105 106
Dosis in mSv/a
0,3 mSv/a
Zeit nach Endlagerverschluss in Jahren
126Sn
126Sn
93Mo
226Ra
135Cs
79Se
79Se
129I36 Cl
36Cl
99Tc
99Tc
59Ni
87Rb
14Cmeth
Abbildung 5-2 Zeitlicher Verlauf der Summendosis und der Dosiswerte für ausgewählte Radio-nuklide für den Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“ mit den Referenzparametern Durch die fortschreitende Konvergenz und – je nach Einlagerungsbereich – Gasbildung steigt der Druck weiter an, wodurch die Salzlösung und die in ihr mobilisierten Radionuklide aus dem Einla-gerungsbereich in immer stärkerem Maße ausgepresst werden, bis sämtliche Lösung durch das Abdichtsystem ausgetreten ist. Der Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“ unterstellt insofern ein extremes Systemverhalten, als auch in dieser Phase ein Entweichen von Gas aus dem Einlage-rungsbereich ausgeschlossen wird.
Wegen des Gasdruckes als zusätzlicher treibender Kraft sind die Freisetzungsraten deutlich höher als im Fall „ohne Gaspolster“. Das Auspressen radionuklidhaltiger Lösung aus dem ELB NF ist bereits etwa 40 Jahre nach Volllaufen der Restgrube abgeschlossen; im ELB ZT reicht die
gebilde-te Gasmenge nicht aus, um alle Flüssigkeit zu verdrängen, so dass hier die Freisetzung zu spägebilde-te- späte-ren Zeiten wieder durch die Konvergenz bestimmt wird. Ein erstes Maximum der Summendosis von 0,0008 mSv/a tritt nach 9'000 Jahren ein und wird vom 14CH4 aus dem Nordfeld dominiert (Abbildung 5-2); die Dosisbeiträge von 126Sn und 99Tc liegen zunächst etwa einen Faktor 5 darun-ter. In der Folge nimmt durch den radioaktiven Zerfall der Beitrag von 14CH4 schneller ab als jener von 126Sn und 99Tc. Die verzögerte Freisetzung des 99Tc ist auf seine Sorption während des Trans-ports durch Hutgestein und Deckgebirge zurückzuführen. Der Beitrag des Zentralteils zur Sum-mendosis ist etwa drei Größenordnungen niedriger als der des Nordfelds; daher wird er im Weite-ren nicht mehr erwähnt.
Nach etwa 36'000 Jahren beginnt die Freisetzung aus dem West-Südfeld. Das Gesamtmaximum der Summendosis von rund 0,003 mSv/a bei 37'000 Jahren wird vom 126Sn bestimmt. Nach knapp 210'000 Jahren ist die gesamte radionuklidhaltige Lösung aus dem West-Südfeld ausgepresst. Im weiteren Verlauf wird die Gesamtdosis alleine durch den ab 150'000 Jahren einsetzenden Beitrag der Radionuklide aus dem Ostfeld – allerdings auf deutlich niedrigerem Niveau – bestimmt.
5.1.1.3 Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“
Beim Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“ sind die Abläufe während der Zutrittsphase identisch mit jenen im Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss". Die Auspressraten sind jedoch um etwa eine Grö-ßenordnung niedriger. Der Grund dafür ist, dass Gas aus den Einlagerungsbereichen entweichen kann, ohne dabei Lösung aus dem Einlagerungsbereich zu verdrängen. Daher ist der Fluiddruck und somit die treibende Kraft geringer als im Fall „mit Gaspolster, ohne Gasfluss“. Wenn alles Gas entwichen ist und sich noch Flüssigkeit im Einlagerungsbereich befindet, erfolgt das weitere Aus-pressen nur noch mit der Konvergenz als treibender Kraft, also analog zum Fall „ohne Gaspolster“.
Die Freisetzung in die Biosphäre erreicht ein erstes Maximum von 0,0003 mSv/a nach knapp 10’000 Jahren, dominiert durch das 14CH4 aus dem Nordfeld (siehe Abbildung 5-3). Nach 37'000 Jahren kommt es wiederum zu einem Anstieg der Radionuklidfreisetzung durch den Beitrag aus dem West-Südfeld mit einem Dosismaximum von rund 0,0004 mSv/a nach 38'000 Jahren, das dominierende Radionuklid ist 126Sn. Ab rund 150'000 Jahren trägt auch der ELB OF zur Dosis bei.
Im West-Südfeld ist nach 60'000 Jahren die Gasbildungsrate (bezogen auf den hydrostatischen Druck) bereits kleiner als die Volumenabnahme durch Konvergenz. Durch die Konvergenz wird aus dem Abdichtsystem überwiegend Gas ausgepresst27, bis das Gaspolster nach knapp 106 Jahren ganz verschwunden ist. Danach steigt die Auspressrate für Flüssigkeit aus dem Einla-gerungsbereich sprunghaft an. In der Folge steigt auch die Summendosis nochmals auf etwa 1,510-5 mSv/a an. Im weiteren Verlauf nimmt die Summendosis kontinuierlich ab.
27 Das Produkt aus dem Anteils der gasdurchströmten Querschnittsfläche in der Abdichtung, der relativen Permeabilität für Gas und dem Kehrwert der dynamischen Viskosität des Gases, fg/g, beträgt 3'000 Pa-1s-1, der Kehrwert der dy-namischen Viskosität der Salzlösung, 1/w, nur 490 Pa-1s-1. Die Auspressrate für Gas ist deshalb gut 6mal höher als jene für Salzlösung.
ELB WSF ELB NF
103 100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
104 105 106
Dosis in mSv/a
0,3 mSv/a
Zeit nach Endlagerverschluss in Jahren
126Sn
126Sn 99Tc
99Tc
129I
14Cmeth
135Cs
87Rb
93Mo
79Se
36Cl
36Cl
59Ni
Abbildung 5-3 Zeitlicher Verlauf der Summendosis und der Dosiswerte für ausgewählte Radio-nuklide für den Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“ mit den Referenzparametern.
Die Dosisraten für den Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“ liegen aufgrund der geringeren Aus-pressraten aus den Einlagerungsbereichen um etwa eine Größenordnung unter denen für den Fall
„mit Gaspolster, ohne Gasfluss“28.
Der Wert von 0,3 mSv/a nach § 47, Abs. 1 StrlSchV wird deutlich eingehalten. Dies trifft für alle Fälle in Bezug auf das Verhalten von Gas und für alle in Anlage VII, Teil B StrlSchV genannten Altersgruppen zu.
28 Das Modell berücksichtigt keine gasförmigen Nuklide, die auf dem Gaspfad aus den Einlagerungsbereichen in den Mischungsbereich ausgepresst werden. Wegen Lösungs- und Ausgasungsprozessen darf der Fall „mit Gaspolster, mit Gasfluss“ für die Berechnung des Dosisbeitrags von gelöstem 14CH4 streng genommen nicht angewendet wer-den. In Anhang P wird für die Freisetzung des 14CH4 auf dem Gaspfad gezeigt, dass die resultierende Dosis unkri-tisch ist, so dass dieses Szenario hier nicht detailliert modelliert zu werden braucht.