DE2754269A1 - FINAL DISPOSAL FOR RADIOACTIVE WASTE - Google Patents
FINAL DISPOSAL FOR RADIOACTIVE WASTEInfo
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Description
GESELLSCHAFT FÜR STRAHLEN- UND UfIWELTFORSCHUNG MBH, MÜNCHEN Neuherbern, den 29. Nov. 1977 PLA 7771 Ga/rdSOCIETY FOR RADIATION AND UfI WORLD RESEARCH MBH, MUNICH Neuherbern, November 29, 1977 PLA 7771 Ga / rd
Erzlagerstätte für radioaktive AbfälleOre deposit for radioactive waste
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Beschreibung : ^ 2 ^ Description: ^ 2 ^
Die Erfindung betrifft eine Endlagerstätte für radioaktive Abfälle in einem Salzstock oder einer äquivalenten geologischen Formation, wobei die Abfälle in lagerfähigen Abschirmbehältern untergebracht und in einer Strecke des Salzstockes oder der Formation aufbewahrt sind.The invention relates to a repository for radioactive waste in a salt dome or an equivalent geological formation, the waste being accommodated in storable shielded containers and stored in a stretch of the salt dome or formation are.
V/eltweit v/ird 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.Worldwide the emplacement of radioactive waste in geological Formations are regarded as the best method to safely remove hazardous substances from the life-filled zone of the earth for thousands of years keep away. This exclusion from the biosphere must take place until the radioactivity has decayed to harmless levels. Depending on For this purpose, the composition and category of the waste require periods of one hundred to several hundred thousand years.
Bei der Einlagerung in geologische Formationen stellt das Vollaufen eines Endlagers mit Wasser und das anschließende Eindringen ausgelaugter Radioaktivität in da3 Grundwasser den gefährlichsten Pfad der Ausbreitung dar.When it is stored in geological formations, it becomes full a repository with water and the subsequent penetration of leached radioactivity into the groundwater is the most dangerous path the spread.
Versuche zur 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 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 Be-Attempts to solve the problem so far provide that the radioactive Waste should be protected as well as possible against leaching by means of water or aqueous solutions of natural salts. this happens through the use of high-quality fixing materials such as glass, ceramics, bitumen, plastics and hydraulic binders. In addition, storage chambers are sealed with salt and hydraulic binders, as are the interstices between waste drums filled with loose salt. Waste brought into boreholes is supposed to be through stoppers made of various materials such as salt, cement or bitumen. In all of these cases, however, it is assumed in the case of the "greatest accident to be assumed" (GAU) Ingress of water means direct contact of part or all of the stored waste with penetrating aqueous solutions in Considered. The considerations are that a fraction of the stored radioactivity is leached out and by convection and diffusion over a more or less large area the underground cavities is distributed. Under unfavorable conditions
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dmgungen 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.it cannot be ruled out that parts of the contaminated After more or less long periods of time, saline solutions also come into contact with the shallow groundwater. This case would be the desired goal of the final disposal, the long-term safe closure of the radioactivity from the biosphere, question and endanger.
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.For the emplacement of highly radioactive, heat-generating waste, repositories that have been specially built for this purpose are provided, which in principle correspond to conventional mines in terms of their layout. Highly radioactive waste comprises around 99 % of the activity that is to be disposed of. The waste, which is melted down in a glass matrix, is to be packed in stainless steel containers and brought to final storage in boreholes.
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.So far, however, there are no known measures that can be used to prevent the waste from coming into contact during or after the operating phase with certainty can preserve with water. In the previous concepts, the connection of the repository level (repository bottom) is horizontal and directly with the day shafts via a sole stop at the same depth. The possibility is also being considered of the repository filling up with water during or after the operational phase, albeit with a very minor one Probability is to be assumed. The direct, horizontal connection of the bottom of the repository planned in the previous concepts on day shafts would promote the spread of radioactivity as a result of convection.
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 einIt can be assumed that the water ingress, if any, in the area Groundwater carrying surface layers takes place in a manhole. The manhole is generally considered to be the most vulnerable part of the repository, because the aquifer and the geological storage formation, e.g. rock salt, of This is why in the future a completely watertight manhole construction in this area is in the future as long as possible to pay the utmost attention). Should be a
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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 gesaraten 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 einem Kontakt mit Salzlösungen sind nach dem bisherigen Stand nicht vorgesehen und bei einem Zuschnitt des Endlagers in der bisherigen Form auch nicht denkbar.If water ingress occurs, the waters would go to the deepest of the Shaft flow and from there pour into the horizontally branching bearing floor or bearing sections. By producing heat of the highly radioactive waste, the mountains are heated up locally. The saline solution under hydrostatic pressure could get into the bearing bores penetrate and attack the hot waste molds and leach out radioactivity. Due to the high temperatures, it could then there will also be strong convection currents in the vertical boreholes. Due to differences in density, the Leachable activity in a short time over the entire horizontal part of the repository. As a result of the higher temperature of the salt solutions In the deepest part of the repository, the radioactive nuclides are also transported in the vertical direction in the shaft tubes of the repository can take place. So it is to be feared that the spread eventually up to the level of the water access point and thus in the groundwater takes place. Active countermeasures to protect the stored waste from contact with saline solutions are after previous status not provided and also not conceivable with a cut of the repository in the previous form.
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 3toppen bzw. abzuriegeln.The object on which the invention is based is to tailor a repository for high, medium or low level radioactivity To design waste in such a way that this waste is protected from contact with water safely, long-term and automatically, with the additional possibility of preventing the water from spreading into areas outside of the immediate ingress of water Above to 3top or cordoned off.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstrecke zur Aufnahme der Abfälle derart angeordnet ist, daß ihr Niveau in ausreichendem Abstand über der Verbindungsstrecke liegt, und daß die Lagerstrecke mit der Verbindungsstrecke oder einem Schacht über mindestens eine von der Verbindungsstrecke oder dem Schacht zur Strecke aufsteigende Wendelstrecke oder/und einem Blindschacht verbunden ist.According to the invention, the solution to this problem is characterized in that that the storage section for receiving the waste is arranged in such a way that its level is at a sufficient distance above the connecting section lies, and that the storage line with the connecting line or a shaft via at least one of the connecting line or the Shaft is connected to the path ascending spiral section and / or a blind shaft.
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Eine Weiterführung der Erfindung sieht vor, daß die Verbindungsstrecke zwischen zwei Schächten zu einer Senke ausgebildet ist. Von besonderem Vorteil ist es, in die Lagerstrecke über Druckleitungen im Gefahrenfalle ein Gas einführen zu können.A further development of the invention provides that the connecting section between two shafts is formed into a depression. It is particularly advantageous to be able to introduce a gas into the storage section via pressure lines in the event of danger.
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 i3t es erfindungsgernäß möglich, auch in diesem Fall weite Teile des Endlagers vor einem Zutritt von Flüssigkeiten zu operren. 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.The invention therefore allows through a suitable cut of the repository ensure that the stored waste is safely sealed off from contact with water or saline solutions. In addition, are additional active countermeasures are possible, which prevent the liquid from penetrating from the shaft area into the underground cavities prevent and even reverse if a water ingress should take place. Should a water leak from another Mountain areas as being carried out directly in the shaft, which in the case of corresponding, unscratched safety zones around the immediate A repository with a significantly lower probability than an ingress of water is to be assumed through the shaft tube, it is possible according to the invention to also provide large parts of the repository in this case to operate against the entry of liquids. This is done in such a way that the entire storage area is divided into separate sub-stores which are not connected to each other by horizontal stretches at the same level.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels einer schematischen Figur näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment by means of a schematic figure.
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 (OAU) läßt sich in dem für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle 2 benutzten Teil 1 de3 Endlar,ers 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 Gebir^sverband erfahrungsgemäß undurchlässig für Gase.As can be seen from the figure, they are sufficient for the operation of the The repository 10 required shafts 4, 7 considerably deeper than the level 11 of the actual emplacement field 2 and have to the fields of the storage field 2 a sufficient safety distance. In the case of the largest accident to be assumed (OAU), leaves in which used for the final disposal of high-level radioactive waste 2 Part 1 de3 Endlar, ers 10 create an air bubble which is under the hydrostatic pressure of the water column. This ensures that the water masses 12 to 14 no direct access to the repository areas 1. Experience has shown that rock salt formations in the mountain range are impermeable to gases.
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Die für das Endlager 10 benötigten Schächte 4, 7 werden in einigem Abstand (ca. 200 m) von dem eigentlichen Endlagerbereich für hochradioaktiven, wärmeentwickelnden 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 Einlagerungsfeld 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 u. 6 befindliche Luft bis zum hydrostatischen Druck der Wassersäule.The shafts 4, 7 required for the repository 10 are in some Distance (approx. 200 m) from the actual repository area for highly radioactive, heat-generating waste 2 sunk. After this these shafts 4, 7 are sunk to a depth of approx. 1000 m, filling points and horizontal connecting sections 3 are driven. The actual emplacement field 1 is created approx. 200-300 m above level 15 and is shared with the lower ones Connection sections 3 or 16 only via spiral and / or blind shafts 5 »6 connected. In the event of a water ingress, the water 12 to 14 first rises in the lower parts of the mine building and compresses the air in the bearing sections 1, 5 and 6 up to the hydrostatic pressure of the water column.
Die zur Fernhaltung der eingedrungenen Wässer 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.The 12 to 14 required to keep out the penetrated water additional amount of air can be in the shafts 4 or 7 and lines 3 or 16 laid pipelines 9 in the repository area 1 through above-ground compressor stations (not shown in detail).
Durch die Einführung einer Gasphase wird der direkte Kontakt der in das Endlager 10 eingedrungenen Wässer 12 bis 14 mit den Abfällen unterbunden. Die Möglichkeit einer Auslaugung und anschließenden Ausbreitung von Radioaktivität wird zuverlässig und langfristig unterbunden.Through the introduction of a gas phase, the direct contact of the in the repository 10 penetrated water 12 to 14 with the waste prevented. The possibility of a leaching and subsequent The spread of radioactivity is prevented reliably and in the long term.
Wie in der Figur gestrichelt eingezeichnet, können die Verbindun^sstrecken 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.As shown in dashed lines in the figure, the connections can run 3 can be designed in such a way that one or more forms a path 16 with a depression 8. This design has the advantage that it is reliably prevented that, for example, in the event of strong water ingress, the water in the spiral section 5 or the blind shaft 6 does not go up first. By means of the sink 8 it is achieved that this is first filled and the air (gas) in the Repository 1 or the accesses 5, 6 remains until the water 13 also blocked this.
In der Zwischenzeit kann das untertägige Personal in jedem Falle das Endlager über eine der horizontalen Verbindungsstrecken verlassen.In the meantime, the underground staff can in any case Leave the repository via one of the horizontal connecting routes.
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Wie in der Figur gestrichelt gezeichnet, können von der Wendelstrecke 5 oder dem Blindschacht 6 aus weitere Hohlräume 17 angelegt werden, Vielehe im Falle eines sehr schnell erfolgenden Wassereinbruchs zunächst die Wassermassen aufnehmen. Die aus diesen zusätzlichen Volumina verdrängte Luft entweicht in den Einlagerungsbereich 1 und v/ird dort komprimiert. So wird selbst bei Ausfall aller übertägigen Kompressoren die Lagerstrecke 1 nicht überflutet werden können.As shown in dashed lines in the figure, the spiral path 5 or the blind shaft 6 from further cavities 17 can be created, polygamy in the event of a very rapid ingress of water first absorb the water masses. The air displaced from these additional volumes escapes into the storage area 1 and v / is compressed there. In this way, even if all the compressors above ground fail, the storage section 1 will not be flooded can.
Neben diesem Vorteil bieten 3ich 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-, Frischwetter- oder Materialtransportleitungen genutzt v/erden 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.In addition to this advantage, 3I also offer other technical options for long-term securing of the repository 10, which is not possible with the designs of the repository discussed so far was. With pipelines installed as a precaution 9 », which in normal operation are used as cooling, fresh-weather or material transport lines can be used, pulp-shaped filling compounds can be pumped into the volume of air under increased pressure, which gradually solidify and ultimately to a repository 10 tightly sealed with solid masses even after an unforeseen event Water ingress.
Zur Verringerung des lufterfüllten Voluminas im Endlagerhorizont 11 können die Lagerstrecken 1 gegebenenfalls zusätzlich mit schwach- und mitteli'adioaktiven Abfällen 2, z.B. in Fässern, verfüllt werden.To reduce the air-filled volume in the repository horizon 11 If necessary, the storage sections 1 can also be filled with low and medium-level radioactive waste 2, e.g. in barrels.
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