CH636471A5 - Endlagerstaette fuer radioaktive abfaelle. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Endlagerstätte für radioaktive Abfälle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 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 der Problemlösung sehen bisher vor, dass die radioaktiven Abfälle möglichst gut gegen die Auslaugung durch Wasser oder wässrige Lösungen natürlicher 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 Zwischenräume 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 langer Zeit 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, in Frage stellen und gefährden.

Für die Einlagerung hochradioaktiver, wärmeentwickelnder 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 begünstigen.

Es ist anzunehmen, dass der Wassereinbruch, wenn überhaupt, im Bereich Grundwasser führender Deckschichten in einer Schachtröhre erfolgt. Die Schachtröhre wird allgemein als der gefährdetste Teil 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 Wässer zum Tiefsten des Schachtes fliessen und sich von dort in die horizontal abzweigende Lagersohle oder Lagerstrecken 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 zum Schutz der eingelagerten Abfälle vor einemKontakt 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-, mittelöder 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 erfindungsgemäss im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 4. angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs5

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beispiel mittels der beigefügten schematischen Zeichnung näher erläutert.

Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, reichen die für den Betrieb des Endlagers 10 benötigten Schächte 4, 7 erheblich tiefer als das Niveau 11 des eigentlichen Einlagerungsfel- 5 des 2 und besitzen zu den Feldern des Lagerfeldes 2 einen ausreichenden Sicherheitsabstand. Im Falle des als grössten anzu-nehmendenUnfalls (GAU) Iässt sich in dem für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle benützten Teil 1 des Endlagers 10 eine Luftblase erzeugen, welche unter dem hydrostatischen io Druck der Wassersäule steht. Dadurch ist sichergestellt, dass die Wassermassen 12, 13, 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 15 in einigem Abstand (etwa 200 m) von dem eigentlichen Endlagerbereich für hochradioaktiven, wärmeentwickelnden Abfall abgeteuft. Nachdem diese Schächte 4,7 bis auf etwa 1000 m Tiefe niedergebracht sind, werden Füllörter und horizontale Verbindungsstrecken 3 aufgefahren. Das eigentliche Einlage- 20 rungsfeld 1 wird etwa 200-300 m oberhalb des Niveaus 15 angelegt und ist mit den tiefergelegenen Verbindungsstrecken 3 oder 16 nur über die Wendelstrecke 5 und/oder den Blindschacht 6 verbunden. Im Falle eines Wassereinbruchs steigt das Wasser 12, 13, 14 zunächst in den unteren Teilen des Gru- 25 bengebäudes an und komprimiert die in den Lagerstrecken 1, 5 und 6 befindliche Luft bis zum hydrostatischen Druck der Wassersäule.

Die zur Fernhaltung der eingedrungenen Wässer 12, 13, 14 erforderliche zusätzliche Luftmenge lässt sich über in den 30 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, 13,35 14 mit den Abfällen unterbunden. Die Möglichkeit einer Auslaugung und anschliessenden Ausbreitung von Radioaktivität wird zuverlässig und langfristig unterbunden.

Wie in der Zeichnung gestrichelt eingezeichnet ist, können die Verbindungsstrecken 3 derart ausgelegt werden, dass eine 40 oder mehrere eine Strecke 16 mit einer Senke 8 bilden. 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 45 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 untertägige Personal in jedem Fall das Endlager über eine der horizontalen Verbindungsstrecken verlassen.

Wie in der Zeichnung gestrichelt gezeichnet ist, können von der Wendelstrecke 5 oder dem Blindschacht 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 übertägigen Kompressoren die Lagerstrecke 1 nicht überflutet werden können.

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 Gegenmassnah-men 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 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 ist, welche untereinander nicht durch horizontale Strecken im gleichen Niveau in Verbindung stehen.

Neben diesem Vorteil bieten sich auch andere technische 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-, Frischwetteroder Materialtransportleitungen genutzt werden können, lassen sich in das unter erhöhtem Druck stehende Luftvolumen breiförmige Verfüllmassen einpumpen, welche nach und nach erstarren und letztlich zu einem mit festen Massen dicht versiegelten Endlager 10 auch nach einem unvorhergesehenen Wassereinbruch führen.

Zur Verringerung der lufterfüllten Volumina im Endlagerhorizont 11 können die Lagerstrecken 1 gegebenenfalls zusätzlich mit schwach- und mittelradioaktiven Abfällen, z.B. in Fässern, verfüllt werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Endlagerstätte für radioaktive Abfälle in einer geologischen Formation, insbesondere Salzstock, wobei die Abfälle in lagerfähigen Abschirmbehältern untergebracht und in einer Strecke der Formation aufbewahrt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstrecke ( 1 ) zur Aufnahme der Abfälle (2) mit der Verbindungsstrecke (3) zwischen den Schächten (4, 7) über mindestens eine von der Verbindungsstrecke (3) zur Lagerstrecke (1) aufsteigenden Wendelstrecke (5) und/oder einem Blindschacht (6) verbunden ist, und dass die Lagerstrecke (1) derart angeordnet ist, dass ihr Niveau (11) in einem Abstand über dem Niveau (15) der Verbindungsstrecke (3) liegt, der grösser ist als die Höhe des sich beim Druckausgleich zwischen dem in die Verbindungsstrecke (3) eindringenden Wasser und der in der Lagerstrecke (1) befindlichen Luft in der Wendelstrecke (5) und/oder dem Blindschacht (6) einstellenden Wasserspiegels.

2. Endlagerstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstrecke (3) zwischen zwei Schächten (4 und 7) zu einer Senke (8) ausgebildet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Endlagerstätte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Lagerstrecke (1) Druckleitungen (9) zur Zuführung eines Gases geführt sind.

4. Endlagerstätte nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass Lagerstrecke (1), Wendelstrecke (5) oder Blindschacht (6) über die Druckleitungen (9) von übertage versiegelbar sind.