DE2754269C2

DE2754269C2 - Endlagerstätte für radioaktive Abfälle

Info

Publication number: DE2754269C2
Application number: DE2754269A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Geol. 3380 Goslar Schmidt; Gerhard Dipl.-Ing. 3392 Clausthal-Zellerfeld Staupendahl; Ernst-Peter Dipl.-Chem. 3360 Osterode Uerpmann
Original assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN DE
Current assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN DE
Priority date: 1977-12-06
Filing date: 1977-12-06
Publication date: 1986-10-16
Also published as: GB2009487A; DE2754269A1; BE872446A; CH636471A5; SE433150B; FR2411473B1; NL190034C; GB2009487B; NL190034B; CA1118216A; NL7810817A; FR2411473A1; SE7811942L

Description

günstigen.

Es ist anzunehmen, daß der Wasereinbruch, wenn überhaupt, im Bereich Grundwasser führender Deckschichten in einer Schachtröhre erfolgt Die Schachtröhre wird allgemein als der gefährdetste T>;il des Endlagers angesehen, da hier auf kürzestem Weg Grundwasserleiter und die geologische Lagerformation, z. B. Steinsalz, von diesem durchörtert werden (deshalb ist in Zukunft einem möglichst langfristig vollkommen wasserdichten Schachtausbau in diesem Bereich allergrößte Aufmerksamkeit zu widmen). Sollte sich dennoch ein Wassereinbruch ereignen, so würden die Wasser zum Tiefsten des Schachtes fließen und sich von dort in die horizontal abzweigende Lagersohle oder Lagerstrekken ergießen. Durch die Wärmeproduktion der hochradioaktiven Abfälle wird lokal das Gebirge aufgeheizt Die unter hydrostatischem Druck stehende Salzlösung könnte in die Lagerbohrungen eindringen und die heißen Abfallkokillen angreifen und Radioaktivität auslaugen. Durch die hohen Temperaturen könnte es dann auch zu starken Konvektionsströmungen in den senkrechten Bohrlöchern kommen. Durch Dichteunterschiede verteilt sich danach die auslaugbare Aktivität in kurzer Zeit über den gesamten horizontalen Teil des Endlagers. Infolge der höheren Temperatur der Salzlösungen im tiefsten Teil des Endlagers wird der Transport der radioaktiven Nuklide auch in vertikaler Richtung in den Schachtröhren des Endlagers stattfinden können. So ist zu befürchten, daß die Ausbreitung schließlich bis in das Niveau der Wasserzutrittsstelle und damit in das Grundwasser erfolgt. Aktive Gegenmaßnahmen rum Schutz der eingelagerten Abfälle vor einem Kontakt mit Salzlösungen sind nach dem bisherigen Stand nicht vorgesehen und bei einem Zuschnitt des Endlagers in der bisherigen Form auch nicht denkbar.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den Zuschnitt einer Endlagerstätte für hoch-, mittel- oder schwachradioaktive Abfälle so zu gestalten, daß diese Abfälle vor einem Kontakt mit Wasser sicher, langfristig und selbsttätig geschützt werden, wobei zusätzlich eine Möglichkeit besteht, die Ausbreitung des Wassers in Bereiche außerhalb des unmittelbaren Wassereinbruchs von Übertage aus zu stoppen bzw. abzuriegeln.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen aufgeführt.

Die Erfindung gestattet demnach durch einen geeigneten Zuschnitt des Endlagers den sicheren Abschluß der eingelagerten Abfälle vor einem Kontakt mit Wasser oder Salzlösungen. Darüber hinaus sind zusätzliche aktive Gegenmaßnahmen möglich, welche ein Vordringen der Flüssigkeit vom Schachtbereich in die untertägigen Hohlräume unterbinden und sogar rückgängig machen können, wenn ein Wassereinbruch stattfinden sollte. Sollte ein Wassereinbruch aus anderen Gebirgsbereichen als unmittelbar im Schacht erfolgen, was bei entsprechenden, unverritzten Sicherheitszonen um das unmittelbare Endlager mit erheblich geringerer Wahrscheinlichkeit als ein Wasserzutritt durch die Schachtröhre anzunehmen ist, so ist es erfindungsgemäU möglich, auch in diesem Fall weite Teile des Endlagers vor einem Zutritt von Flüssigkeiten zu sperren. Dies geschieht in der Weise, daß das gesamte Einlagerungsfeld in separate Teillager gegliedert wird, welche untereinander nicht durch horizontale Strecken im gleichen Niveau in Verbindung stehen.

Die Erfindung wird hn folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels einer schematischen Figur näher erläutert

Wie aus der Figur zu entnehmen ist, reichen die für den Betrieb des Endlagers 10 benötigten Schächte 4, 7 erheblich tiefer als das Niveau 11 des eigentlichen Einlagerungsfeldes 2 und besitzen zu den Feldern des Lagerfeldes 2 einen ausreichenden Sicherheitsabstand. Im Falle des als größten anzunehmenden Unfalls (GAU)

ίο läßt sich in dem für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle 2 benutzten Teil 1 des Endlagers 10 eine Luftblase erzeugen, welche unter dem hydrostatischen Druck der Wassersäule steht Dadurch ist sichergestellt, daß die Wassermassen 12 bis 14 keinen unmittelbaren Zutritt zu den Endlagerbereichen 1 haben. Steinsalzformationen sind im Gebirgsverband erfahrungsgemäß undurchlässig für Gase.

Die für das Endlager 10 benötigten Schächte 4, 7 werden in einigem Abstand (ca. 200 m) von dem eigentliehen Endlagerbereich für hochradioaktiven, wärmeentwickelten Abfall 2 abgeteuft Nachdem diese Schächte 4, 7 bis auf ca. 1000 m Tiefe niedergebracht sind, werden Füllörter und horizontale Verbindungsstrecken 3 aufgefahren. Das eigentliche Einlagerungs- feld 1 wird ca. 200—300 m oberhalb des Niveaus 15 angelegt und ist mit den tiefergelegenen Verbindungsstrecken 3 oder 16 nur über Wendel- und/oder Blindschächte 5, 6 verbunden. Im Falle eines Wassereinbruchs steigt das Wasser 12 bis 14 zunächst in den unteren Teilen des Grubengebäudes an und komprimiert die in den Lagerstrecken 1,5 und 6 befindliche Luft bis zum hydrostatischen Druck der Wassersäule.

Die zur Fernhaltung der eingedrungenen Wasser 12 bis 14 erforderliche zusätzliche Luftmenge läßt sich über in den Schächten 4 oder 7 und Strecken 3 oder 16 verlegte Rohrleitungen 9 in den Endlagerbereich 1 durch übertägige Kompressorstationen (nicht näher dargestellt) einpressen.

Durch die Einführung einer Gasphase wird der direkte Kontakt der in das Endlager 10 eingedrungenen Wässer 12 bis 14 mit den Abfällen 2 unterbunden. Die Möglichkeit einer Auslaugung und anschließenden Ausbreitung von Radioaktivität wird zuverlässig und langfristig unterbunden.

Wie in der Figur gestrichelt eingezeichnet, können die Verbindungsstrecken 3 derart ausgelegt werden, daß eine oder mehrere eine Strecke 16 mit einer Senke 8 bildet. Diese Auslegung hat den Vorteil, daß mit Sicherheit verhindert wird, daß z. B. bei starken Wassereinbrüchen das Wasser in der Wendelstrecke 5 bzw. dem Blindschacht 6 nicht zuerst hochsteigt. Mittels der Senke 8 wird demnach erreicht, daß diese zuerst, aufgefüllt wird und die Luft (Gas) im Endlager 1 bzw. den Zugängen 5, 6 enthalten bleibt bis das Wasser 13 auch diese versperrt.

In der Zwischenzeit kann das untertätige Personal in jedem Falle das Endlager über eine der horizontalen Verbindungsstrecken verlassen.
Wie in der Figur gestrichelt gezeichnet, können von der Wendelstrecke 5 oder dem ßlindschacht 6 aus weitere Hohlräume 17 angelegt werden, welche im Falle eines sehr schnell erfolgenden Wassereinbruchs zunächst die Wassermassen aufnehmen. Die aus diesen zusätzlichen Volumina verdrängte Luft entweicht in den Einlagerungsbereich 1 und wird dort komprimiert. So wird selbst bei Ausfall aller übertätigen Kompressoren die Lagerstrecke 1 nicht überflutet werden können.
Neben diesem Vorteil bieten sich auch andere techni-

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sehe Möglichkeiten zur langfristigen Sicherung des Endlagers 10, welche bei den bisher diskutierten Gestaltungen der Endlager nicht möglich waren. Durch vorsorglich eingebaute Rohrleitungen 9, welche im Normalbetrieb als Kühl-, Frischwetter- oder Materialtrans- 5

portleitungen genutzt werden können, lassen sich in das ^J

unter erhöhtem Druck stehende Luftvolumen breiförmige VerfüUmassen einpumpen, welche nach und nach erstarren und letztlich zu einem mit festen Massen dicht versiegelten Endlager 10 auch nach einem unvorherge- 10 sehenen Wassereinbruch führen.

Zur Verringerung des lufterfüllten Voluminas im Endlagerhorizont 11 können die Lagerstrecken 1 gegebe- ψ nenfalls zusätzlich mit schwach- und mittelradioaktiven ;| Abfällen 2, z. B. in Fässern, verfüllt werden. is f.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspräche:

1. Endlagerstätte für radioaktive Abfälle in einem Bergwerk,

a) das in einen Salzstock oder eine äquivalente geologische Formation vorgetrieben wurde,

b) wobei die Abfälle in lagerfähigen Abschirmbehältern untergebracht,

c) und in einer Lagerstrecke (1) des Salzstockes oder der geologischen Formation aufbewahrt sind,

d) wobei die Lagerstrecke (1) zur Aufnahme der Abfälle derart angeordnet ist, daß ihr Niveau (11) in ausreichendem Abstand über dem (15) einer Verbindungsstrecke (3) liegt

e) bei der die Lagerstrecke (1) mit der Verbindungsstrecke (3) über mindestens eine von der Verbindungsstrecke (3) zur Lagerstrecke (1) aufsteigende Verbindung beispielsweise einen Blindschacht (6) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

el) die Lagerstrecke (1) ausschließlich über die aufsteigenden Verbindungen (5,6) zugänglich ist,

e2) die Verbindungen (5,6) auch aus aufsteigenden Wendelstrecken bestehen können, und

f) in die Lagerstrecke (1) zur Aufnahme der Abfälle von Übertage über Druckleitungen (9) ein Gas zuführbar ist.

2. Endlagerstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

dl) die Verbindungsstrecke (3) zwischen zwei Schächten (4 und 7) zu einer Senke (8) ausgebildet ist bzw. eine Senke (8) aufweist.

3. Endlagerstätte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

f 1) die Lagerstrecke (1) und die Verbindungen (5,6) bei Betriebseinstellung oder nach einem Wassereinbruch über die vorab verlegten Druckleitungen (9) von Übertage mit geeigneten Materialien vollständig oder teilweise versiegelbar sind.

Die Erfindung betrifft eine Endlagerstätte für radioaktive Abfälle in einem Bergwerk, das in einen Salzstock oder eine äquivalente geologische Formation vorgetrieben wurde, wobei die Abfälle in lagerfähigen Abschirmbehältern untergebracht und in einer Lagerstrekke des Salzstockes oder der geologischen Formation aufbewahrt sind, wobei die Lagerstrecke zur Aufnahme der Abfälle derart angeordnet ist, daß ihr Niveau in ausreichendem Abstand über dem einer Verbindungsstrecke liegt, bei der die Lagerstrecke über mindestens eine von der Verbindungsstrecke zur Lagerstrecke aufsteigende Verbindung, beispielsweise einen Blindschacht, verbunden ist.

Eine derartige Endlagerstätte ist aus »Umschau« 67.Jg. 1967, Heft 7, Seite 219-244 und Heft 11, 1975, Seite 344—345 bekannt

Weltweit wird die Einlagerung radioaktiver Abfälle in geologischen Formationen, als beste Methode angesehen, die über Jahrtausende gefährlichen Stoffe sicher aus der mit Leben erfüllten Zone der Erde fernzuhalten. Dieser Ausschluß aus der Biosphäre muß bis zum Zerfall der Radioaktivität auf ungefährliche Werte erfolgen. Je nach Zusammensetzung und Kategorie der Abfälle

ίο sind dazu Zeiträume von hundert bis zu einigen hunderttausend Jahren erforderlich.

Bei der Einlagerung in geologische Formationen stellt das Vollaufen eines Endlagers mit Wasser und das anschließende Eindringen ausgelaugter Radioaktivität in das Grundwasser den gefährlichsten Pfad der Ausbreitung dar.

Versuche zur Problemlösung sehen bisher vor, daß die radioaktiven Abfälle möglichst gut gegen die Auslaugung durch Wasser oder wäßrige Lösungen natürlieher Salze geschützt werden. Dies geschieht durch die Verwendung hochwertiger Fixierungsmaterialien wie Glas, Keramik, Bitumen, Kunststoffe und hydraulischer Bindemittel

Daneben werden Lagerkammern durch Salz und hydraulische Bindemittel verschlossen sowie die Zwickelräume zwischen Abfallfässern mit losem Salz verfüllt. In Bohrungen eingebrachte Abfälle sollen durch Stopfen aus verschiedenen Materialien wie Salz, Zement oder Bitumen geschützt werden. In allen diesen Fällen wird aber im Falle des als »Größten anzunehmenden Unfalls« (GAU) angenommenen Wassereinbruchs ein unmittelbarer Kontakt eines Teils oder aller eingelagerten Abfälle mit eindringenden wäßrigen Lösungen in Betracht gezogen. Die Überlegungen gehen dahin, daß ein Bruchteil der eingelagerten Radioaktivität ausgelaugt wird und durch Konvektion und Diffusion über einen mehr oder weniger großen Bereich der untertägigen Hohlräume verteilt wird. Unter ungünstigen Bedingungen ist nicht auszuschließen, daß Teile der'kontaminierten Salzlösungen nach mehr oder weniger langen Zeiten auch mit dem in geringerer Tiefe befindlichen Grundwasser in Berührung kommen. Dieser Fall würde das angestrebte Ziel der Endlagerung, den langfristig sicheren Abschluß der Radioaktivität aus der Biosphäre, infrage stellen und gefährden.

Für die Einlagerung hochradioaktiver, wärmeentwikkelnder Abfälle sind eigens für diesen Zweck hergestellte Endlager vorgesehen, die in ihrem Zuschnitt im Prinzip herkömmlichen Bergwerken entsprechen. Die hochradioaktiven Abfälle umfassen etwa 99% der zur Endlagerung kommenden Aktivität. Die in eine Glasmatrix eingeschmolzenen Abfälle sollen in Edelstahlbehältern verpackt in Bohrlöchern zur Endlagerung gebracht werden.

Bislang sind jedoch keine Maßnahmen bekannt, welche die Abfälle während oder nach der Betriebsphase mit Gewißheit vor einem Kontakt mit Wasser bewahren können. In den bisherigen Konzepten erfolgt der Anschluß des Endlagerniveaus (Endlagersohle) horizontal und direkt mit den Tagesschächten über einen Sohlenanschlag in gleicher Teufe. Ebenfalls in Betracht gezogen wird die Möglichkeit eines Vollaufens des Endlagers mit Wasser während oder nach der Betriebsphase, wenn auch dieses Ereignis nur mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit anzunehmen ist. Der in den bisherigen Konzepten geplante direkte, horizontale Anschluß der Endlagersohle an Tagesschächte würde eine Ausbreitung der Radioaktivität infolge von Konvektion be-