Technical Report NTB 87-08

Das gegenwärtige Konzept für die Entsorgung von radioaktiven Abfällen in der Schweiz stützt sich auf eine Endlagerung im tiefen Untergrund, um sicherzugehen, dass höchstens unbedeutende Mengen von Radionukliden je an die Oberfläche und somit in die Biosphäre gelangen. Die in Frage kommenden Formationen wurden aufgrund ihres Vermögens ausgesucht, Radionuklide möglichst vollständig im Endlager einzuschliessen. Dabei spielt eine niedrige Transportrate gelöster Stoffe durch die Geosphäre eine grosse Rolle. Es wird angenommen, dass die in Frage kommenden Gesteine (z. B. Granite, tonige Sedimente, Anhydrit), die in den schweizerischen Programmen untersucht werden, bis zu einem gewissen Masse auch in Endlagertiefe geklüftet sein werden. Im Moment des Versagens der technischen Barrieren eines Endlagers bekommen die hydraulisch verbundenen Klüfte im Wirtgestein eine wichtige Bedeutung für den Transport (und mögliche Retardierungsfaktoren) von gelösten Radionukliden im Grundwasser. In diesem Zusammenhang sind die Matrixdiffusions-Effekte möglicherweise ein sehr wichtiger Faktor für den verzögerten Transport von Radionukliden.

In diesem Bericht werden die Ergebnisse eines Programmes zusammengefasst, das versucht hat den Einfluss dieser wasserführenden Klüfte auf den Transport von Radionukliden im kristallinen Gestein eines potentiellen Endlagers festzustellen. Es wurden vier Bohrkerne, welche wasserführende, geklüftete Zonen durchfahren, auf Hinweise von Gestein-Wasser-Interaktionen untersucht. Die Migration von Elementen (oder deren Fehlen) in der unmittelbaren Umgebung der Klüfte wurde mit Hilfe von Aktivitätsungleichgewichten innerhalb der natürlichen Zerfallsreihen untersucht. Für jeden Bohrkern wurde ebenfalls die Konzentrationsverteilung einer Reihe anderer Elemente festgestellt, um die Natur der beobachteten Gestein-Wasser­Interaktionen klarer festlegen zu können. Generell sind die Vorgänge, die am Transport jeglicher Elemente aus dem Gestein – d. h. die Mobilität im wassergesättigten Porenraum der Gesteinsmatrix – beteiligt sind, vergleichbar mit jenen, die zur Retardierung frei gesetzter Radionuklide führen können.

Es werden Daten präsentiert, die zeigen, dass eine relativ breite Zone (bis zu 0.5 m) entlang einer wasserführenden Kluft für im Grundwasser gelöste Radionuklide erreichbar ist. Detaillierte petrographische Untersuchungen des analysierten Materials deuten an, dass grosse (oft hydrothermal umgewandelte) Störzonen, in Verbindung mit wasserführenden Klüften, dem Grundwasser aus den Klüften wahrscheinlich verstärkten Zugang zur unmittelbar anstehenden Gesteinsmatrix ermöglichen. Einfache Berechnungen bedingen advektiven Transport in der Gesteins-Matrix, wo üblicherweise jeweils nur mit Diffusionsvorgängen gerechnet wurde. Ein grösstmögliches Volumen an «erreichbarem Gestein» ist für die Retardierung von Radionukliden in der Geosphäre von grösster Wichtigkeit. Die Bedeutung solcher Phänomene für die Sicherheitsanalyse wird kurz diskutiert.