Elemente des Sicherheitskonzepts eines geologischen Tiefenlagers

Ziel der geologischen Tiefenlagerung (kontrollierte geologische Langzeitlagerung, vgl. Kap.

1.1.1) ist der Einschluss der Abfälle in einem System von gestaffelten passiven Sicherheits-barrieren (MehrfachSicherheits-barrierenkonzept mit technischen und natürlichen Barrieren), in welchem die meisten Radionuklide zerfallen, bevor sie die Biosphäre erreichen. Dabei müssen die Freisetzungsraten der nicht zerfallenen Radionuklide so gering sein, dass ihre Konzentration in der Biosphäre zu keiner Zeit zu einer Überschreitung der jährlichen Individualdosis von 0,1 Millisievert führt (Schutzziel 1, HSK/KSA 1993). Zudem soll das radiologische Todesfallrisiko für eine Einzelperson durch seltene, unter Schutzziel 1 nicht berücksichtigte Vorgänge und Ereignisse zu keiner Zeit 10^-6/a übersteigen (Schutzziel 2). Der Nachweis der Langzeitsicherheit eines solchen Lagers an einem konkreten Standort, d.h. der Nachweis, dass diese Schutzziele eingehalten werden, wird im Sicherheitsbericht (Nagra 2002b) erbracht. Dazu wird sowohl das Langzeitverhalten der technischen Barrieren wie auch die Radionuklidfreisetzung, der -transport und der -zerfall in den technischen und natürlichen Barrieren (inkl. Biosphäre) quantifiziert.

Im Hinblick auf die geologische Langzeitentwicklung wurde im vorliegenden Bericht ein Be-trachtungszeitraum von rund einer Million Jahren gewählt. Die geologische Entwicklung kann in diesem Zeitraum aufgrund einer detaillierten Analyse der geologischen Entwicklungs-geschichte innerhalb gewisser Bandbreiten plausibel abgeschätzt werden. Darüber hinaus-gehende Prognosen sind zwar machbar und werden in Kapitel 8 auch diskutiert; sie sind aber mit stark zunehmenden Ungewissheiten behaftet.

5 NAGRA NTB 02-03

Fig. 1.2-1: Aufbau des Geosynthese-Berichts, genereller Informations- und Datenfluss.

Der Datenfluss ist durch rote Pfeile dargestellt.

Zielsetzung, Komponenten des BE/HAA/LMA Tiefenlagers, Elemente des Sicherheitskonzepts, Anforderungen an Standortgebiet und Wirtgestein, Langzeit-Isolationskapazität von Tongesteinen

1 Einleitung und Grundsätze

2 Regionale geologische Untersuchungen im Rahmen des Entsorgungsprogramms für hochaktive Abfälle

6 Darstellung der hydrogeologischen Verhältnisse im Zürcher Weinland und hydrogeologische Barrierenwirkung von Wirtgestein und Rahmengesteinen

7 Auswirkungen eines geologischen Tiefenlagers auf das Wirtgestein und die Entwicklung des Stollenumfelds

Auswahlverfahren Wirtgestein und potenzielles Standortgebiet, erdwissenschaftliche Grundlagen der Geosynthese

3

4

Ergebnisse der erdwissenschaftlichen Untersuchungen in der Nordostschweiz

Geologische und hydrogeologische Verhältnisse im Untersuchungsgebiet Zürcher Weinland

Geologisch-tektonische Verhältnisse und Entwicklungsgeschichte, hydrogeologische, hydrochemische und geothermische Verhältnisse, Rohstoffvorkommen

Strukturelle Verhältnisse (3D-Seismik), Stratigraphie, Spannungsfeld, Temperaturverhältnisse, Hydrogeologie, Hydrochemie

5 Eigenschaften des Wirtgesteins

Lithologie/Mineralogie, Porosität und Zustand des Wassers, Deformationsstrukturen,

petrophysikalische Eigenschaften, Felsmechanik, hydraulische Eigenschaften, Gastransport-Eigenschaften, Diffusionseigenschaften, Porenwasserzusammensetzung

Barrierensystem Wirtgestein-Rahmengesteine, orientierende Modellrechnungen zur Erklärung der Überdrücke und zur Charakterisierung der Grundwasserströmungsverhältnisse, Charakterisierung der Radionuklid-Freisetzungspfade

Auflockerungszone Geochemische Effekte Temperatureffekte Hydrogeologische Effekte Gasfreisetzung

8 Geologische Langzeitentwicklung

Hebung und Erosion Klimatische Entwicklung Gletscherbelastung Dekompaktionseffekte Geochemische Entwicklung

10 Projektbezogene Schlussfolgerungen und Bewertung des Kenntnisstands 9 Geologischer Datensatz für den Standortnachweis, den Nachweis der

Langzeit-sicherheit und der bautechnischen Machbarkeit eines geologischen Tiefenlagers

exogene Prozesse

endogene Prozesse

NAGRA NTB 02-03 6

Technische Barrieren

Das System der technischen Barrieren umfasst folgende Komponenten:

- Abfallmatrix: "UO₂/MOX-Pellets" (BE), Glas (HAA), Zement und in kleinem Umfang Bitumen (LMA)

- Behälter: Stahl (+ Kupfer als Option) für BE/HAA, Stahlfässer und Betonbehälter in Beton-Lagercontainer für LMA (Fig. 1.3-1)

- Verfüllmaterial: Bentonit (BE/HAA), Spezialmörtel (LMA) (Fig. 1.3-1) - Rückverfüllung der Zugangstunnel (Bentonit/Sand-Gemisch)

- Versiegelungsbauwerke (Bentonit) Geologische Barrieren

Die geologischen Formationen, welche die technischen Barrieren umschliessen, müssen folgende Beiträge zur Sicherheit des Tiefenlagers leisten:

- Schutz des technischen Barrierensystems vor äusseren Einwirkungen

- Natürliche Transportbarrieren für Radionuklide zwischen Tiefenlager und Biosphäre

In der Sicherheitsanalyse stellt das Wirtgestein – in diesem Fall der Opalinuston und die Murchisonae-Schichten in Opalinuston-Fazies (s. Kap. 2.4) – aufgrund seiner geringen hydrau-lischen Durchlässigkeit und der für die Radionuklidrückhaltung günstigen geochemischen Eigenschaften die Haupttransportbarriere der Geosphäre dar. In der Sicherheitsanalyse (Nagra 2002b) werden die im Wirtgestein potenziell zu erwartenden Prozesse bei der Langzeitlagerung (diffusive/advektive Radionuklid-Freisetzung, Gas-Freisetzung) detailliert modelliert. Die dar-aus berechneten Individualdosen werden dann mit den behördlichen Schutzzielen verglichen.

Der Wahl der Wirtgesteinsformation und ihres geologischen Umfelds kommt daher eine zentra-le Bedeutung zu (Kap. 1.3.3).

Die Geosphäre in grösserer Entfernung vom Tiefenlager, d.h. die zwischen dem Wirtgestein und den regionalen Aquiferen liegenden, überwiegend geringdurchlässigen Rahmengesteine (Defini-tion s. Kap. 2.4), bilden insbesondere in vertikaler, aber auch in lateraler Richtung eine zusätz-liche geologische Barriere hinsichtlich der Ausbreitung von Radionukliden aus dem Wirt-gestein. Die Wirksamkeit dieses Teils der Geosphäre wird in der Sicherheitsanalyse grob abge-schätzt, bleibt aber im Referenzfall der Sicherheitsanalyse konservativerweise unberücksichtigt.

Die Geosphäre oberhalb des Wirtgesteins bietet aber den unerlässlichen Langzeitschutz des Tiefenlagers vor Einflüssen von der Erdoberfläche aus (z.B. Erosion).

Anlagenkonzept

Die Lagerung der Abfälle im Wirtgestein erfolgt in horizontalen bis leicht geneigten, bergmän-nisch erstellten Stollen und Tunneln in einer Tiefe⁵ von 600 bis 700 m (Fig. 1.3-1) (Nagra 2002a).

Der Zugang zum Lagerbereich führt über eine Rampe und einen Schacht. Gemäss heutigem Konzept erfordert das Stollensystem eine Gesamtgrundfläche von knapp zwei Quadratkilo-metern, wobei die geometrische Auslegung den geologisch-tektonischen Gegebenheiten am

5 Referenztiefe Modellstandort 650 m.

7 NAGRA NTB 02-03

Standort angepasst werden kann. Die BE/HAA-Lagerstollen (Hauptlager) und die LMA-Lager-tunnel befinden sich in voneinander getrennten Bereichen des Lagers, da sie sich bezüglich ihrer technischen Barrierensysteme unterscheiden (s. oben). Das sogenannte Pilotlager dient der Überwachung und Kontrolle der Anlage während und nach Verschluss des Hauptlagers (vgl.

Kap. 1.1.1) und wird betrieben, bis der Entscheid zum vollständigen Verschluss des Tiefen-lagers gefällt wird.

Durch die Verfüllung und Versiegelung der Stollen, des Schachts und der Rampe wird sicherge-stellt, dass diese keine unzulässigen hydraulischen Kurzschlüsse zwischen Tiefenlager und Bio-sphäre bilden. In ausgewählten Abschnitten wird dazu die Auflockerungszone (s. unten) vor der Platzierung der Versiegelungssysteme ausgeräumt.