Technical Report NTB 90-31

Die chemischen, isotopischen und mineralogischen Veränderungen, die während der primären Uranerzablagerung in der Schlotbrekzie angelegten Osamu Utsumi Mine in Poços de Caldas, Brasilien, auftraten, wurden als natürliches Analogon zur Nahfeld­Radionuklidmigration studiert. Chemische und isotopische Veränderungsmodelle wurden mit finiten Differenzmodellen des konvektiven Abkühlens der Caldera Intrusion kombiniert. Die Resultate der Modelle deuten darauf hin, dass diese intensiven chemischen, isotopischen und mineralogischen Veränderungen der Schlotbrekzie einer Zirkulation von > 10⁵ kg kochender hydrothermaler Flüssigkeit > 220°C durch jeden Quadratzentimeter Querschnitt des Schlotes bedarf. Die Zirkulation kann durch die Hitze einer Intrusion von 6 km Durchmesser und einer Tiefe von 10 km unterhalten werden. Selbst mit dieser enormen Zirkulationsmenge, die in der permeablen Schlotbrekzie konzentriert ist, müsste die Uranlöslichkeit nur 2 1/2 Grössenordnungen mal grösser sein, als aufgrund der neuesten Experimente (und näher zu früheren Schätzungen) angenommen wurde, um die primäre Uranmineralisation in der Osamu Utsumi Mine zu erzeugen.

Die gleichen Modelle, angewandt auf ein hypothetisches Hochtemperatur-Endlager zeigen, dass die durch radioaktiven Zerfall hervorgerufene Hitze ein hydrothermales Zirkulationssystem erzeugt, das erstaunliche Ähnlichkeiten mit dem der Analog-Untersuchungsstelle von Poços de Caldas aufweist. Die Tiefe der Flüssigkeitskonvektion, die durch das hypothetische Endlager ausgelöst würde, läge bei 5 bis 10 km, die maximale Temperatur bei ~ 300°C, die Zeitspanne der Hochtemperaturphase würde sich über einige Tausende von Jahren erstrecken, und das Kochen würde die meisten Veränderungen des Endlagers verursachen. Die physikalische Analyse hebt die Wichtigkeit der Permabilität einer Zone der Grössenordnung von 10 × 10 × 10 km hervor, um den potentiellen Umfang der Zirkulation durch das hypothetische Endlager zu ermöglichen.

Die Anwendung des chemischen Modells, das erfolgreich zur Interpretation der Mineralisation und der Veränderungen in der Osamu Utsumi Mine eingesetzt wurde, auf das hypothetische Endlager zeigt, dass selbst beim Eintreffen des schlimmsten Falles (Abfall plaziert in permeablem Wirtgestein, ohne Massnahmen den Fluss durch das Lager zu verhindern) der Umfang der hydrothermalen Veränderungen im hypothetischen Endlager ~ 0.1 % der Veränderung der Schlotbrekzie in der Osamu Utsumi Mine entsprechen würde. Unter der Annahme, dass keine Barrieren gegen die Uranmobilität bestünden, würde die Uranausfällung über dem hypothetischen Endlager 0.05 ppm (anstatt 50 ppm) betragen, die hydrothermale Veränderung 0.03 Gew.% (anstatt 30 Gew.%) ausmachen, usw.

Die Analyse zeigt, dass mineralogische Veränderungen extrem empfindlich auf thermodynamische Daten reagieren. Vorhersagen über mineralogische Veränderungen (die nötig sein könnten, zum Beispiel zur Vorhersage der Migration von Radionukliden anderer Art als Uran) können wahrscheinlich nicht direkt auf noch so vorsichtig gesammelte thermodynamische Laborresultate basiert werden. Die mineralogische Komplexität des Systems sowie die Unsicherheit gewisser Daten bedingen die Anpassung der thermodynamischen Grundstrukturen an die mineralogischen Veränderungen, wie sie im Labor oder im Feld durch die kurz beschriebenen Vorgänge beobachtet werden.