Technical Report NTB 02-11

Im vorliegenden Bericht werden Auslegungskonzepte für die zur Entsorgung von abge-branntem Brennstoff in einem Tiefenlager in den Wirtgesteinen Kristallin und Opalinuston vorgesehenen Behälter vorgestellt. Diese Konzepte basieren auf funktionellen und sicherheitstechnischen Anforderungen an solche Behälter, vorgeschlagenen Auslegungskriterien sowie einer Evaluation der im Tiefenlager herrschenden Bedingungen und deren Auswirkung auf die Langzeitsicherheit potenzieller Behältermaterialien. Dabei werden zwei mögliche Zielsetzungen bezüglich der Behälterlebensdauer, d. h. ein Zeitraum von jeweils 1000 und 100 000 Jahren betrachtet, basierend auf den Erfahrungen aus einer Vielzahl von Sicherheitsstudien, die in zahlreichen Ländern, darunter auch der Schweiz durchgeführt wurden. Bei den beiden vorgeschlagenen und im Detail evaluierten Behälteroptionen, die die Anforderungen an die geforderte Lebensdauer erfüllen könnten, handelt es sich einerseits um einen dickwandigen (~ 15 cm) Kohlenstoffstahlbehälter und andererseits um einen sogenannten Compositebehälter, bestehend aus einer äusseren Kupferhülle und einem Gusseisen-Einsatz zur Gewährleistung der strukturellen Integrität (von SKB/Posiva vorgeschlagener Behälter).

Der Kohlenstoffstahlbehälter befindet sich noch im Stadium eines konzeptuellen Entwurfs, und somit wurde aus Sicht der Herstellung lediglich die grundsätzliche Machbarkeit der Fabrikation einer Behälterschale betrachtet. Für die Abschätzung der Langzeitintegrität ist das Strukturverhalten eines solchen Behälters unter isotropen Belastungszuständen im Tiefenlager betrachtet und der Einfluss verschiedener Korrosionsmechanismen auf die Behälterlebensdauer evaluiert worden. Diese Evaluation des Korrosionsverhaltens zeigt, dass die kurze (einige Dekaden dauernde) aerobe Phase im Tiefenlager zu einer sehr begrenzten generellen Korrosion sowie zu Lochfrass (ca. 1 cm) führen würde. Es wird erwartet, dass nachfolgende anaerobe Korrosionserscheinungen eine Rate von 1 μm a^-1 aufweisen. Die Evaluation weiterer Mechanismen, wie mikrobielle Korrosion, Stresskorrosionsbrüche und Korrosionsschäden durch Wasserstoff zeigt, dass solche erwartungsgemäss nicht zum Behälterversagen führen werden und somit die Lebensdauer eines Stahlbehälters mit mindestens 10 000 Jahren angegeben werden kann. Diese Zeitspanne liegt deutlich über der angestrebten Behälterlebensdauer von 1000 Jahren. Die Strukturanalyse zeigt, dass der Behälter gegenüber der erwarteten Korrosionstiefe von insgesamt 2 cm eine ausreichende Wandstärke aufweist, so dass Strukturbelastungen nicht zu einem Versagen innerhalb von 10 000 Jahren führen würden.

Die Evaluation der Korrosion eines Kupferbehälters unter Tiefenlagerbedingungen im Kristallin sowie im Opalinuston ergibt in Übereinstimmung mit schwedischen und finnischen Analysen eine Behälterlebensdauer von mindestens 100 000 Jahren.