DE3889115T2

DE3889115T2 - Lager.

Info

Publication number: DE3889115T2
Application number: DE3889115T
Authority: DE
Inventors: Uwe Eggert; Alf Johansson; Ole M Kvamsdal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-04-22
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2008-01-26
Also published as: DE3889115D1; US5000617A; FI894999A0; FI97650B; WO1988008608A1; AU1390588A; FI97650C; EP0360797B1; EP0360797A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur Aufbewahrung umweltgefährlicher Stoffe, wie beispielsweise stabiler toxischer Verbindungen und langlebiger Spaltstoffe usw., wobei das Lager eine Anzahl Hohlräume im Gestein bzw. Gebirge umfaßt, die für die Aufbewahrung der betreffenden Stoffe vorgesehen sind, mit einem Dach über den Hohlräumen und wobei die betreffenden Hohlräume von einer hydraulischen Barriere umgeben sind.
Hinsichtlich der Lagerung von schädlichen Stoffen wie beispielsweise stabilen toxischen Verbindungen oder langlebigen Spaltstoffen ist der Stand der Technik so, daß kein System vorliegt, das als befriedigend angesehen werden kann. Frühere Lösungen, die auf das Problem der Beseitigung dieser schädlichen Stoffe angewendet worden sind, waren gewöhnlich mit der Verklappung bzw. Ablagerung der Stoffe auf See oder auf Müllhalden einerseits und mit der Aufarbeitung oder Zersetzung der Stoffe durch industrielle Verfahren andererseits verbunden. Oft war das Ergebnis anders als beabsichtigt. In den meisten Fällen haben die Verfahren zur Bildung neuer schädlicher Stoffe und zu unerwünschten Emissionen in die Biosphäre geführt. Verklappen bzw. Ablagerung auf See oder auf Müllhalden hat dazu geführt, daß die betreffenden Stoffe mit den Strömungen verteilt wurden oder ihren Weg in das Grundwasser fanden. Es ist Absicht der vorliegenden Erfindung, Wasser von diesen schädlichen Stoffen fernzuhalten und in dieser Weise ihre Verteilung zu verhindern. Das Lager kann als ein vorübergehendes Lager verwendet werden, bis verläßliche Verfahrenstechnologie entwickelt worden ist, oder als ein Endlager, das, nachdem es verschlossen worden ist, keine weitere Wartung oder Überwachung erfordert.
Lager der vorstehend beschriebenen Art sind früher in beispielsweise SE-B-8305025-2 und GB-A-2 166 282 beschrieben worden. Das Lager gemäß der schwedischen Erfindung erfordert Pumpen usw. um, unter anderem, das mit der Drainage verbundene Problem zu lösen. Die Konstruktion des Lagerraums des Lagers zum Aufbewahren der betreffenden Stoffe, die man von Gestein eingeschlossen zu lagern wünscht, ist ein extrem kompliziertes Verfahren, was auch der Fall bei dem früher in der vorstehend erwähnten britischen Erfindung beschriebenen Lager ist.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, ein Lager verfügbar zu machen, mit dem, unter anderem, die vorstehend erwähnten Probleme gelöst werden, die mit der Bereitstellung eines sogenannten "trockenen Lagers" für die Lagerung schädlicher Stoffe wie beispielsweise schädlicher toxischer und Spaltstoffe, beispielsweise des Abfalls von Kernkraftwerken und dergleichen verbunden sind.
Die Aufgabe wird mit Hilfe eines Lagers gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst, das im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß Aufbewahrungs-Hohlräume zur Lagerung durch gebohrte vertikale Löcher gebildet werden, die sich nach unten bis zu einem Niveau erstrecken, das sich oberhalb einer darunterliegenden Drainage- bzw. Entwässerungs- und Ventilationszone befindet, und daß die hydraulische Barriere, die seitlich hinsichtlich der Lager-Bohrlöcher verschoben ist, und die neben den vertikalen Löchern gelegenen Ventilationslöcher mit einer darunterliegenden Drainage- und Ventilationszone verbunden sind.
Die Erfindung wird nachstehend als eine bevorzugte, veranschaulichende Ausführungsform beschrieben, in deren Zusammenhang Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen wird, in denen:
Fig. 1 in schematischer Form eine erste veranschaulichende Ausführungsform eines Lagers veranschaulicht;
Fig. 2 in schematischer Form ein zweites Beispiel eines Lagers veranschaulicht;
Fig. 3 eine bevorzugte Kapsel für den Einschluß umweltgefährlicher Stoffe veranschaulicht;
Fig. 4 ein Lager im Querschnitt veranschaulicht;
Fig. 5 einen Teil des beabsichtigten Konstruktionsmusters des Lagers veranschaulicht;
Fig. 6 ein Beispiel eines Lagers im Querschnitt gemäß der Erfindung veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lager 1, in dem schädliche Stoffe 2 wie beispielsweise stabile toxische oder langlebige Spaltstoffe gelagert werden können. Das Aufbewahrungslager, das aus einer Lagerfläche 3, 3¹, 3² besteht, ist bevorzugt in einer Gesteinsformation 4 enthalten, die sich über einer benachbarten Mulde erhebt. Ein Auslaßtunnel 5 mit einer Neigung X von ein paar Grad, vorzugsweise größer als 3º, ist von der Mulde nach oben in die Gesteinsformation 4 ausgesprengt. Die Höhe und das Niveau der Lagerfläche kann an die Höhe der Gesteinsformation oberhalb der Mulde und an ihre horizontale Ausdehnung angepaßt sein. Die Lagerfläche ist in der Form von gebohrten vertikalen Löchern 6 oberhalb des Niveaus des Tunnels in dem Gestein konstruiert. Eine oder mehrere Reihen von Bohrlöchern 7 sind um die Lagerfläche 3, 3¹ herum konstruiert, wobei die Bohrlöcher mit dem Auslaß-Tunnel 5 unterhalb der Lagerfläche 3 verbunden sind. Ein wasserdichtes Dach 8, 8² ist über der Lagerfläche 3 gebildet.
Das Lager 1, 1¹, 1² kann in einer Gesteinsformation 4 gebildet sein, die aus festem oder gespaltenem Gestein bestehen kann, obwohl Gestein mit breiten, unerwünschten Brechzonen vermieden werden sollte.
Tunnel 9 sind in den ersten veranschaulichenden Ausführungsformen der Lager 1, 1¹ konstruiert, wobei die Tunnel vorzugsweise bei > 3º in einer Richtung weg von der Lagerfläche 3, 3¹ zu dem Auslaßtunnel 5 geneigt sind, und es ist beabsichtigt, daß unterhalb der Lagerfläche die darunterliegenden Tunnel 9 als Drainage- und Ventilationstunnel wirken. Die Wirkung der Drainage- und Ventilationstunnel ist, zu versuchen, die Lagerfläche 3, 3¹ trocken zu halten und jede Warme in dem Fall abzuführen, daß die Stoffe 2 Wärme bei Lagerung abgeben, während der Zweck des Auslaßtunnels 5 der ist, jegliches Grundwasser, das seinen Weg in die Lagerfläche 3, 3¹ findet, wegzuführen.
Die Reihen aus Löchern 7, 7¹, die um die Lagerfläche 3, 3¹ herum und bei einem angemessenen Abstand gebohrt sind, sind so angeordnet, daß sie als Drainage-Löcher wirken und sich von der Oberfläche der Gesteinsformation nach unten zu den vorstehend erwähnten Tunneln 9, die Drainage bereitstellen, erstrecken. Diese umgebenden Reihen aus vertikalen äußeren Bohrlöchern 7, 7¹ können als eine "hydraulische Barriere" beschrieben werden, deren Funktion ist, jedes Grundwasser, das seinen Weg in die Lagerfläche 3, 3¹ findet, und den Ablauf von dem Dach 8, 8² wegzuführen.
Die Aufbewahrungs-Löcher 6, die in die Lagerfläche gebohrt sind, erstrecken sich nach unten zu einem Niveau 10, das sich oberhalb der Zone 11 befindet, in der die Drainage- und Ventilationstunnel 9 angeordnet sind.
Um die Möglichkeit zu haben, jede Wärme von den Aufbewahrungs- Bohrlöchern 6 zu den darunterliegenden Drainage- und Ventilationstunneln 9 wegzuführen, sollte der Bedarf auftreten, sind vertikale Ventilations-Bohrlöcher 12, 12² in das Gestein 4 und die Lagerfläche 3, 3¹, 3² gebohrt, wobei die Bohrlöcher mit den Drainage- und Ventilationstunneln 9 verbunden sind.
Die Stoffe 2, wie beispielsweise Brennstäbe, können nach unten bis zu dem Boden 6A der Aufbewahrungs-Bohrlöcher herabgelassen werden und können effizient und zuverlässig in Behältern 13 einer bestimmten Art eingekapselt werden. Beispielsweise können die Behälter 13 aus einem äußeren Gehäuse 14 in der Form eines Stahlrohrs mit einer Innenauskleidung 15 aus Bentonit und einer Auskleidung 16 aus gesintertem Stahl oder glasiert bestehen, wobei der betreffende Stoff 2, den man zu lagern wünscht, in dem Innenraum 13A aufgenommen ist. Der Behälter 13 kann mit Hilfe eines gesinterten Deckels aus rostfreiem Stahl verschlossen sein. Eine Bentonit-Verkleidung 18 kann so angeordnet sein, daß sie einen Verschluß zwischen den Stoffen 2, die gelagert werden, bildet.
Das Dach 8, 8² kann aus zahlreichen Schichten aus Beton 19 und aus Bentonit oder einer anderen Verschlußschicht 20 aus Material sein, mit einem Drainier-Material 21 wie beispielsweise Makadam, zwischen jeder Schicht aus Beton 19, von einer Schicht aus Erde 22 bedeckt.
Trockene Lagerung wird innerhalb der Lagerfläche 3, 3¹ erhalten, die von Wasser drainiert wird. Kein Wasser ist vorhanden, das die schädlichen Stoffe 2 in das Grundwasser tragen könnte. Korrosion der Behälter oder Kapseln 13, in denen die schädlichen Stoffe 2 gelagert werden, wird minimiert oder hört vollständig auf, da Spannungskorrosion in einem trockenen Lager nicht auftreten wird.
In dem Lager gemäß Fig. 1 und 4 erfordert die Lagerung, daß das Brennelement abgelöst ist, und daß vier Brennstäbe 2 in einen Behälter 13 mit einem Durchmesser von beispielsweise 60 mm zu legen sind, der dann in die Bohrlöcher 6 mit einem Durchmesser von 70 mm beispielsweise in ein Lager 1 heruntergelassen wird, das innerhalb einer horizontalen Gesamtoberfläche von ungefähr 110 000 m² und mit einer Gesamttiefe von ungefähr 300 m enthalten ist, während in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 die Anforderung für Trockenlagerung für Brennelemente ist, daß sie intakt in Bohrlöcher mit einem Durchmesser von beispielsweise 250 mm (BWR) und 350 mm (PWR) innerhalb einer horizontalen Oberfläche von ungefähr 27 000 m² aber mit derselben Bohrlochtiefe B wie vorstehend gelegt werden.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die sich von dem früheren Lager in einer Anzahl von Punkten unterscheidet. Die hydraulische Barriere kann als eine Alternative in der Form einer künstlichen Brechzone 200 mit wahlweiser Breite hergestellt sein, d. h. das feste Gestein 4 ist in Bruchstücke 4A zersprengt, wobei in diesem Fall die Effizienz der hydraulischen Barriere beträchtlich höher sein wird, als wenn Bohrlöcher allein vorhanden sind. Bohrlöcher können gemäß dem früheren Vorschlag gebohrt werden, obwohl sie als Löcher für die explosiven Ladungen verwendet werden. Zersprengen kann durch umgekehrten Stufenbau ("inverted benching") (oder, allgemeiner, Unter-Sohlen-Aufstemmung bzw. -Abbau ("sub-level stoping") oder durch vertikalen Krater-Rückbau ("vertikal crater retreat", VCR) stattfinden. Der Vorteil davon ist, daß alle Spannungen in dem Gestein neutralisiert werden. Bewegungen bzw. Verschiebungen außerhalb des Lagers 12, die aus beliebigen Gründen verursacht werden, beispielsweise durch Erdbeben, Grund-Verwerfung bzw. -Überschiebung ("land upheaval") und Einsinken ("subsidence"), werden sich im wesentlichen nicht zu dem Lager 1² selbst ausbreiten, was von der Breite der Brechzone und der Größe der Verschiebung abhängt. Wenn Sprengen der Brechzone 201 auch unterhalb des Lagers 1² durchgeführt wird, wie in Fig. 6 gezeigt, kann die Dämpfung jeglicher Verschiebungen in dem Gestein 4 weiter verstärkt werden. Es wird auch extrem schwierig sein, Zugang zu dem Nuklear-Abfall usw. 2 von unten zu erlangen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Brechzone 200 anstelle der Bohrlöcher als eine hydraulische Barriere ist, daß die Ventilations-Bohrlöcher 12² mit der Brechzone 200, 201 verbunden sein können. Jede Restwärme, die von den Abfallkapseln 2 abgegeben wird, kann somit in die Brechzone 200, 201 durch Konvektion weggeführt werden, ohne daß sie in die Biosphäre eintritt und könnte möglicherweise durch ein Wärmepumpensystem zum Beispiel aufbereitet werden. Jegliche Feuchtigkeit, die sich innerhalb des Lagers 1² bilden kann, wird auf den kalten Außenwänden der Brechzone kondensieren und kann weggeführt werden.
Eine Wasser-Falle bzw. ein Wassersack 202 kann in dem Drainage-Tunnel 5 bereitgestellt sein, um sowohl unberechtigte Person als auch Tiere daran zu hindern, sich dem Lager 1² zu nähern, und um zu verhindern, daß Luft ihren Weg in das Lager 1² findet.
Die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind, daß die Aufbewahrungs-Hohlräume zum Lagern der Stoffe 2 durch gebohrte vertikale Löcher 6 gebildet sind, wobei in diesem Fall jede gewünschte Breite entsprechend den Anforderungen ausgewählt werden kann, und daß diese Lager-Bohrlöcher 6 sich nach unten zu einem Niveau erstrecken, so daß sich ihre Böden 6A deutlich oberhalb der darunterliegenden Drainage- und Ventilationszone 9, 201 befinden, beispielsweise bei einem Abstand von 10 bis 25 m, und daß die hydraulische Barriere 7, 200, die seitlich hinsichtlich der Lager-Bohrlöcher 6 verschoben ist, und die Ventilationslöcher 12, 12², die neben den vertikalen Löchern gelegen sind, mit einer darunterliegenden Drainage- und Ventilationszone 9, 201 verbunden sind. In dieser Weise wird die Möglichkeit bereitgestellt, ein einfaches, zuverlässiges und funktionelles Lager für die passive Trockenlagerung von schädlichen Stoffen zu erhalten, ohne die Erfordernis, daß Ventilatoren oder Pumpen für den Zweck der Kühlung oder der Drainage des Lagers bereitzustellen sind.
Die darunterliegende Drainage- und Ventilationszone 201 kann in dieser Weise vorzugsweise aus einer Brechzone bestehen, daß heißt aus einem Raum in dem Gestein, der Gesteins-Bruchstücke 4A enthält, beispielsweise Gestein 4, das zersprengt worden ist.
Die seitlich verschobene hydraulische Barriere 200 kann angemessenerweise aus einer Brechzone von der vorstehend angegebenen Art bestehen.
Eine Brechzone 200 kann sich angemessenerweise um das ganze Aufbewahrungslager 1², beispielsweise bei einem Abstand von ungefähr 25 m von der Lagerfläche 3² in der Form eines Quadrats und mindestens auch entlang ihrer Unterseite erstrecken, wobei die Brechzonen 200, 201 miteinander verbunden sind.
Die Lager-Bohrlöcher 6 sind so angeordnet, daß sie mit Hilfe von Verschlußstücken abgeschlossen sind, die aus sich abwechselnden Schichten aus Beton und Bentonit mit beispielsweise einer Dicke von 50 bis 100 m gebildet sein können.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene und in den Zeichnungen veranschaulichte veranschaulichende Ausführungsform eines Lagers beschränkt, sondern sie kann innerhalb des Umfangs der Patentansprüche modifiziert werden, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Lager (1, 1¹, 1²) zur Aufbewahrung von umweltgefährlichen Stoffen (2), wie stabilen toxischen Verbindungen, langlebigen nuklearen Stoffen usw., welches Lager mehrere zum Empfang der betreffenden Stoffe vorgesehene Hohlräume (6) in einem Gebirge (4) mit einem Dach (8²) über den genannten Hohlräumen (6) und mit den betreffenden Hohlräumen (6) von einer hydraulischen Barriere (200) umgeben, einbegreift, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufbewahrung vorgesehenen Empfangshohlräume von vertikalen Bohrlöchern gebildet sind, die sich nach unten bis auf ein Niveau über einer darunterliegenden Brechzone erstrecken, die eine Entwässerungs- und Ventilationszone (201) ausmacht, daß die hydraulische Barriere (200) von einer Brechzone gebildet ist, wobei jede solche Brechzone aus einem Raum in dem Gebirge (4) enthaltend Steinbruchteile (4A), z. B. zersprengtes Gestein, besteht, daß die hydraulische Barriere (200) seitlich von den Lagerbohrlöchern (6) gelegen ist sowie daß Ventilationslöcher (12) seitlich von den vertikalen Löchern (6) gelegen und an die darunterliegende Entwässerungs- und Ventilationszone (201) angeschlossen sind.

2. Lager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untenliegende Entwässerungs- und Ventilationszone (201) von einer Brechzone gebildet ist, und zwar einem Raum in dem Gebirge (4), das Steinbruchteile (4A), z. B. zersprengtes Gestein, enthält.

3. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die unterliegende Entwässerungs- und Ventilationszone (9; 201) in der Richtung von den Lagerbohrlöchern (6) ab geneigt ist.

4. Lager gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslauftunnel (5) von den Lagerbohrlöchern (6) ab geneigt an die Entwässerungs- und Ventilationszone (9, 201) angeschlossen ist.

5. Lager gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wassersack (202) in dem Auslauftunnel (5) vorhanden ist.

6. Lager gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brechzone (200; 201) sich um das ganze Aufbewahrungslager (3²) herum und wenigstens auch dessen Unterseite entlang erstreckt mit Anschluß der Brechzonen (200, 201) aneinander.

7. Lager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbewahrungslager (1, 1²) oben von einem Dach (8; 82) abgegrenzt ist, das durch mehrere Schichten aus Beton (19) und Bentonit (20) gebildet ist.

8. Lager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrlöcher (6) mit ihren Böden (6A) wohl über der darunterliegenden Brechzone (201), z. B. auf 10 bis 25 m Entfernung, gelegen sind.

9. Lager gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbohrlöcher (6) vorgesehen sind, mit Hilfe von Zapfen die durch geschichtete Schichten aus Beton und Bentonit, beispielsweise mit einer Dicke von 50 bis 100 m, gebildet sind, zugeschlossen zu werden.