Antwort des ENSI zur Frage 91:
Verhalten von
Versiegelungsmaterial
eingereicht von: Iris Frey (19.10.2012)
B. Graupner, E....
Fragestellung

Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner
ENS...
Aktuelles Lagerkonzept – Bau
Entstehung der Auflockerungszone
bei Erstellung der Lagerstollen

Frage 91: Verhalten von Ver...
Aktuelles Lagerkonzept – Einlagerung

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Warum Bentonit?
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Dichte Füllung des Hohlraums um Tiefenlagerbehälter (mechanische Funktion)
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Warum Bentonit?
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Chemische Funktion

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Rückhalt vieler
Radionuklide durch
Sorption (Zerfall im
Bentonit)

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Warum Bentonit?
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Hydraulische Funktion

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Begrenzung der Wasser- und Stoffbewegung im
Umfeld des Tiefenlagerbehälters
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Was ist Bentonit?
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Etwa 80 % Smektite
Bis etwa 10 % Illit
Einlagerung von H2O
Sorption von Kationen
Niedrige hydraulisch...
Einfluss des Wassers/Porenwasserdrucks
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Wasser führt zum Quellen des Bentonits
(Einlagerung in Zwischenschichten)

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Ho...
Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
- Wärmeabgabe durch HAA

Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches ...
Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
Mechanischer Effekt
- Steigende Temperatur führt zu Ausdehnung
des Bentonits
- Abkühl...
Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
-

Zunehmende Umwandlung der Smektite in Illite
(Bsp. in Tonschiefern)
Bildungsregime...
Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
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Auswirkungen der Smektit-Illit-Umwandlung

SKB TR-06-11

Frage 91: Verhalten von V...
Temperatur
-

Vorhersage der Smektit-IllitUmwandlung mit verschiedenen
Modellen für variierende
Bedingungen

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Temperatur...
Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
Natürliche Analoga – Kinnekulle (Schweden)
- Bildung: 450 Ma, Magmaüberlagerung 300 M...
Temperatureinfluss auf Langzeitstab.
-

Auswirkungen der Smektit-Illit-Umwandlung

SKB TR-06-11

Schlussfolgerungen:
- Beg...
Einfluss der Wasserbewegung
- Keine Erosion durch fliessendes Wasser im
gering durchlässigen Untergrund
- Fluss: 0.1 – 6 m...
Einfluss der Wasserbewegung
- Keine Erosion durch fliessendes Wasser
- Fluss: 0.1 – 6 m/s (Donau Unterstrom 0.5 m/s)
- GW ...
Einfluss der Wasserchemie
Ionenstärke
-

Chemische Aktivität der gelösten Ionen

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Hohe Ionenstärke senkt Quellfähigkeit ...
Einfluss der Wasserchemie
Zement-Bentonit Wechselwirkungen
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Umwandlung von Smektit bei hohem pH (> 12),
Quellfähigkei...
Fragestellung

Quellen, Illitisierung langsam
Natürliche Analoga
GW fliesst sehr langsam
Verminderte Quellfähigkeit

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

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Technsiches_Forum_Sicherheit_Frage 91_ensi

  1. 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. 2. Fragestellung Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 2
  3. 3. Aktuelles Lagerkonzept – Bau Entstehung der Auflockerungszone bei Erstellung der Lagerstollen Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 3
  4. 4. Aktuelles Lagerkonzept – Einlagerung Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 4
  5. 5. Warum Bentonit? - Dichte Füllung des Hohlraums um Tiefenlagerbehälter (mechanische Funktion) - mechanische Stabilität der Lagerstollen - Minimierung der Auflockerungszone durch Quellen Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 5
  6. 6. Warum Bentonit? - Chemische Funktion - Rückhalt vieler Radionuklide durch Sorption (Zerfall im Bentonit) Nagra NTB 02-05 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 6
  7. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 7
  8. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 8
  9. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI www.geodz.com 9
  10. 10. Temperatureinfluss auf Langzeitstab. - Wärmeabgabe durch HAA Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 10
  11. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 11
  12. 12. Temperatureinfluss auf Langzeitstab. - Zunehmende Umwandlung der Smektite in Illite (Bsp. in Tonschiefern) Bildungsregime 60 – 150°C SKB TR-06-11 Nadeau 2004 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 12
  13. 13. Temperatureinfluss auf Langzeitstab. - Auswirkungen der Smektit-Illit-Umwandlung SKB TR-06-11 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 14
  14. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 15
  15. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 16
  16. 16. Temperatureinfluss auf Langzeitstab. - Auswirkungen der Smektit-Illit-Umwandlung SKB TR-06-11 Schlussfolgerungen: - Begrenzung der maximalen Temperatur im Bentonit Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 17
  17. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 18
  18. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 19
  19. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 20
  20. 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 Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 21
  21. 21. Fragestellung Quellen, Illitisierung langsam Natürliche Analoga GW fliesst sehr langsam Verminderte Quellfähigkeit Frage 91: Verhalten von Versiegelungsmaterial | Technisches Forum Sicherheit - 28.11.2013 | B. Graupner ENSI 22

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