Technical Report NTB 94-18

Das Migrationsexperiment im Felslabor Grimsel der Nagra hat zum Ziel, die Transportmechanismen von Nukliden in einer wohldefinierten Kluftzone in Kristallingestein zu untersuchen. Dabei sollen speziell Anwendbarkeit und Grenzen von Modell und Daten aufgezeigt werden.

Das Modell besteht einerseits aus einem Hydrologieteil, welcher die Dipol-Wasserströmung in den Experimenten beschreibt, und anderseits einem Nuklidtransportteil, welcher die Migration in diesem Wasserfliessfeld durch die Kluftzone darstellt. Als hilfreich zur Interpretation der experimentellen Resultate haben sich, neben der detaillierten Berechnung mit dem Code RANCHMDNL, auch analytische Abschätzungen erwiesen.

Die hauptsächlichen Resultate der Analysen von Experimenten mit Uranin, Natrium und Strontium lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Das Modell beschreibt die Durchbruchskurven der Migrationsexperimente mit hoher Zuverlässigkeit. (Es verwendet ein doppelt-poröses Konzept, welches advektiv-dispersiven Transport in engen wasserführenden Zonen («Öffnungen») und Matrixdiffusion in die angrenzenden, stagnierendes Wasser enthaltenden, porösen Gesteinszonen darstellt).
2. Der Prozess der Matrixdiffusion verursacht typische Durchbruchskurven: einerseits ist die Tracerkonzentrationen im abfallenden Ast eine Funktion der Zeit (t^-3/2-Gesetz) und anderseits – bei grossen Zeiten – ergibt sich eine charakteristische Form für das Ende der Durchbruchskurven. Beide Eigenschaften werden durch die Experimente bestätigt.
3. Für Nuklide, die schnell, nicht zu stark, linear und gemäss einem reversiblen Kationenaustauschprozess an der Kluftfüllung (Fault Gouge) sorbieren, können die im Labor bestimmten Sorptionskoeffizienten recht gut auf Feldbedingungen extrapoliert werden. Voraussetzung dafür ist eine angemessene Sorgfalt bei der Auswahl und Aufbereitung der Gesteinsproben.

Mit festgehaltenen Parametern aus dieser Analyse werden Vorhersagen für Experimente in einem kleineren und schnelleren Dipol-Wasserfliessfeld gemacht. Für den konservativen Tracer Uranin (Anion) und den schwach sorbierenden Tracer Natrium ist die Übereinstimmung zwischen Vorhersage und anschliessender Messung der Durchbruchskurven gut. Für den stärker sorbierenden Tracer Strontium ist die Übereinstimmung befriedigend. Dies bestätigt weiter, dass das Modell die wesentlichen Transportmechanismen angemessen beschreibt.

Die Migrationsfeldexperimente im Felslabor Grimsel, die mit einer aussergewöhnlich hohen Präzision durchgeführt wurden, stellen einen nützlichen Test für Modelle und Daten dar. Die Resultate der Modellierung bilden einen wichtigen Schritt zur Erhöhung des Verständnisses von Transportmechanismen und tragen dazu bei, das Vertrauen in Nuklidtransportrechnungen im Rahmen von Sicherheitsanalysen zu verstärken.