Grossversuch HotBENT
Hochaktive Abfälle und abgebrannte Brennelemente strahlen in den Lagerstollen Wärme ab. Mit dem HotBENT-Versuch im Felslabor Grimsel wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausfinden, wie warm es in einem Lagerstollen dereinst werden darf, ohne dass dadurch die Barrieren beeinträchtigt werden.
Im Versuch wird die Wärme mit Heizelementen simuliert. Konkret untersucht wird ein tonhaltiges Material namens Bentonit. Mit diesem lassen sich die Stollen eines Lagers abdichten. Bentonit hat ähnliche Eigenschaften wie Opalinuston: Er verhindert, dass fliessendes Wasser mit Atommüll in Kontakt kommt, bindet radioaktive Stoffe und schliesst sie ein. Er bildet also eine der technischen Barrieren im Tiefenlager.
Der Name des Versuchs deutet bereits darauf hin, dass Bentonit erhitzt wird. Wird es dem Bentonit zu warm, besteht die Gefahr, dass er die Abfälle nicht mehr optimal einschliessen kann. Der Versuch wird zeigen, welchen Temperaturen der Bentonit sicher standhalten kann und was geschieht, wenn es noch wärmer wird. HotBENT wird die bestehenden Erkenntnisse zu Bentonit und zum Lagerdesign ergänzen.
TS-Experiment
«TS» steht für «Testen von Tunnelstützsystemen im Opalinuston».
Für ein geologisches Tiefenlager braucht es Stollen im Opalinuston. Das Tongestein ist verformbar und stellt beim Stollenbau höhere Anforderungen an die Bautechnik als ein stabileres Gestein wie Granit. Wie die Stollen am besten erstellt und mit Stützmitteln gesichert und ausgebaut werden, untersuchen wir im jurassischen Felslabor Mont Terri.
Für das TS-Experiment wurden dort drei Stollenabschnitte im Opalinuston mit Stützmitteln in Form von Stahlbögen (siehe Foto) und Spritzbeton erstellt. Das Experiment liefert Informationen dazu, wie sich der Opalinuston und die Stützmittel beim Ausbruch eines Stollens verhalten. Die Wissenschaftler wollen vorhersagen, wie und in welchem Mass der Opalinuston auf äussere Einflüsse reagiert und wie er dem Gebirgsdruck standhält. Solche Informationen sind nötig, um den Stollenausbau in einem künftigen Tiefenlager zu berechnen.
GAST-Experiment
Durch Korrosion von Metallen und Abbau von organischem Material entstehen in einem Tiefenlager Gase wie Wasserstoff, Kohlendioxid und Methan. Diese könnten sich auf eine der Sicherheitsbarrieren auswirken, wenn der Druck zu hoch wird.
Gas kann durch die Stollenwände ins umliegende Tongestein entweichen. Zudem laufen Prozesse ab, die Gas verbrauchen. Es kann sich auch innerhalb der Lagerebene entlang der verfüllten Kavernen, Stollen und Tunnel ausbreiten, was einem Druckaufbau entgegenwirkt. Gasdurchlässige Stollensiegel erleichtern diesen Gastransport. Bildung, Abbau und Transport von Gas laufen langsam ab und werden in mehreren Experimenten untersucht.
Beim GAST-Experiment im Felslabor Grimsel wird seit 2012 ein gasdurchlässiges Stollensiegel im Grossmassstab getestet. Die Versiegelung besteht aus einem Gemisch von Sand und Ton. Untersucht werden insbesondere das Sättigungsverhalten und der kontrollierte Gastransport durch das Verfüllmaterial in realistischer Umgebung. Zudem werden Erfahrungen dazu gesammelt, ob solche Versiegelungsbauwerke bautechnisch machbar sind.
FE-Experiment
Im «Full-Scale Emplacement»-Experiment (kurz FE-Experiment) im Felslabor Mont Terri werden praktische Erfahrungen für die spätere Tiefenlagerung von radioaktiven Abfällen gesammelt. Der 50 Meter lange Lagerstollen enthält drei Versuchsbehälter mit Heizelementen, welche die Wärmeabgabe der hochaktiven Abfälle und der abgebrannten Brennelemente simulieren. Der Stollen wurde mit Bentonit abgedichtet und verfüllt. Die Grössenverhältnisse und Arbeitsabläufe entsprechen denen im zukünftigen Tiefenlager. Gemessen wird, wie sich die Wärme auf die Stollenverfüllung aus Bentonit und den Opalinuston auswirkt.
Messtechniker haben den Stollen und das umliegende Gestein mit Hunderten von Messinstrumenten ausgestattet. Kleinste Veränderungen von Temperatur, Feuchtigkeit, Druck sowie Verformungen und Gaszusammensetzung im Bentonit und dem umgebenden Gestein werden so untersucht. Pro Tag werden rund eine Million Messwerte aufgezeichnet. Damit werden bestehende Computersimulationen und Modelle abgeglichen und es lassen sich Berechnungen für ein geologisches Tiefenlager durchführen.
Mit dem FE-Experiment sammeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zudem praktische Erfahrungen für den Einlagerungs- und Verfüllprozess im zukünftigen Tiefenlager.
Titelbild: Maria Schmid