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Backfill and Material Behaviour in an Underground Salt Repository - Untersuchung der Langzeit-Dichtwirkung von Bohrlochverschluessen aus Salzgrus, DEBORA PHASE 2

Das Gesamtziel des Vorhabens besteht darin, die Gueltigkeit der in Rechenprogrammen verwendeten Modellansaetze und die zugehoerigen Daten fuer das mechanische und hydraulische Verhalten von Verschlusssystemen aus Salzgrus durch gezielte Labor- und in-situ-Versuche im Technikumsmassstab zu validieren und damit einen Beitrag zur Fuehrung des Langzeitsicherheitsnachweises von HAW-Endlagern zu erbringen. Die Validierungsstrategie sieht vor, dass die Eigenschaften der im Versuch verwendeten Materialien vorab im Labor ermittelt werden, wobei beruecksichtigt wird, dass diejenigen von Salzgrus durch die Kompaktierung merklich veraendert werden. In den in-situ-Versuchen wird dann die Uebertragbarkeit der im Labor ermittelten Daten und Ansaetze auf die realen Verhaeltnisse untersucht, allem voran das Stoffgesetz von Salzgrus und das Modell der Stuetzwirkung von Versatz, die in gebirgsmechanischen Berechnungen und in Langzeit-Sicherheitsanalysen verwendet werden. Darueber hinaus betreffen sie das hydraulische Verhalten von Salzgrus einschliesslich des umgebenden Salzgebirges. Die vorgeschlagenen in-situ-Untersuchungen im Technikumsmassstab sind im Vergleich zu grossen, integralen Demonstrationsversuchen eher zur Untersuchung der Gueltigkeit von Modellansaetzen geeignet.

Durchlaessigkeitsverhalten von Steinsalzversatz gegenueber Laugen unter Beruecksichtigung von zeitlich veraenderlichen Ueberlagerungsdruecken und Loesungsvorgaengen, Bestimmung des Diffusions- und Permeabilitaetsverhaltens von Wasserstoff in Steinsalz und kompaktiertem Salzgrus

In Endlagern fuer radioaktive Abfaelle in Steinsalzformationen muss in verschiedenen Bereichen mit der Bildung und Freisetzung von Wasserstoff gerechnet werden. Fuer eine langfristig sichere Endlagerung ist zu gewaehrleisten, dass hiervon keine Gefaehrdung fuer das Endlager ausgehen kann. Um fundierte Aussagen zum Verbleib oder Transport des Wasserstoffs treffen zu koennen, sind daher Daten ueber das Permeations- und Diffusionsverhalten von Steinsalz zu erarbeiten. Dazu wurden Modellsalzkerne aus Salzgrus hergestellt und zwar unter Variation der Parameter Kompaktionsdichte (Porositaet), Kompaktionszeit, Kompaktionsdruck, mineralogischer bzw. chemischer Zusammensetzung, Korngroesse, Feuchte und Temperatur. Diese wurden auf ihr Permeabilitaets- und Diffusionsverhalten gegenueber Wasserstoff untersucht. Um Vergleiche mit gewachsenem Steinsalz zu ermoeglichen, wurden ebenfalls Steinsalz-Bohrkerne untersucht. Fuer die Herstellung der Versuchsproben und zur Durchfuehrung der umfangreichen Permeabilitaets- und Diffusionsmessungen unter verschiedenen Randbedingungen wurden entsprechende Versuchsanlagen erstellt. Die Untersuchungen wurden mit Salzgrus aus dem ehemaligen Salzbergwerk Asse aus unterschiedlichen Teufen (Stassfurt- und Leine-Serie) und aus dem Grubenfeld Bernburg. (Leine-Steinsalz) durchgefuehrt. Die untersuchten Bohrkerne stammen vorwiegend aus dem Steinsalzbergwerk Asse, Stassfurt-Serie. Um die verschiedenen Einflussparameter quantifizieren zu koennen, wurden die Salze auf ihre chemische und mineralogische Zusammensetzung sowie auf ihre Korngroessenverteilung analysiert und ihr Feuchtigkeitsgehalt und die Sorptionsisothermen bestimmt.

Untersuchungen zum Kompaktionsverhalten von Salzgrus als Versatzmaterial fuer Endlagerbergwerke im Salz unter besonderer Beruecksichtigung der Wechselwirkung zwischen Gebirge und Versatz

Ziel: Aussagen zum Kompaktionsverhalten von Salzgrus unter In-Situ-Bedingungen eines Endlagers fuer radioaktive Abfaelle im Salinar und zu seiner Eignung als Langzeitbarriere. Fragestellung: Wie verhaelt sich porenbehafteter, trockener Salzgrus als Verfuellmaterial unter den herrschenden Temperatur- und Hohlraumkonvergenz- bzw. Spannungsbedingungen? Aufgaben: Durchfuehrung von spannungs- und weggeregelten Oedometerversuchen an trockenem Salzgrus mit zwei verschiedenen Kornverteilungen unter Temperaturen von 50 Grad C - 200 Grad C und Permeabilitaetsversuchen in einem Einaxialpermeameter. Auswertung der Ergebnisse fuer Stoffgesetze. Ergebnisse: Die mit der Kompaktion im Pruefkoerper aufgebaute Spannung steigt mit abnehmender Porenzahl und Temperatur und mit zunehmender Kompaktionsrate an. Mit einer dem Auffahrgut aehnlichen Kornzusammensetzung konnten unter Temperaturen von mehr als 100 Grad C sehr niedrige Porenzahlen (e kleiner 0,05) im Spannungsbereich von 8 - 22 MPa erreicht werden. Zur theoretischen Erfassung des Zusammenhangs zwischen Kompaktionsrate, Porenzahl, Spannung und Temperatur fuer Salzgrus wurden die aus den weggeregelten Kompaktionsversuchen ermittelten Daten nach dem Stoffgesetz von Zhang et al. ausgewertet. Ebenfalls wurden Vergleiche mit anderen Stoffgesetzen und In-situ-Versuchsdaten (TSS-Versuch) durchgefuehrt. Zur Bestimmung des Permeabilitaetsverhaltens von Salzgrus wurden Permeabilitaetsversuche an vorkompaktiertem Salzgrus in einer Triaxialzelle und an locker eingebautem Salzgrus in einer neu entwickelten, nach dem Oedometerprinzip arbeitenden Kompaktions-Permeabilitaets-Pruefanlage in Abhaengigkeit von der Porositaet und der Kornzusammensetzung durchgefuehrt. Die gemessenen Permeabilitaeten reduzierten sich von 10 (xp=-12) - 10 (xp=-13) m2 fuer hohe Anfangsporenzahlen von 0,64 - 0,38 auf 10 (xp=-18) 10 (xp=-20) m2 fuer niedrige Porenzahlen von 0,05 - 0,005.

MAW (Q)- und HTR-Brennelemente - Versuchsprogramm

Das Konzept fuer das geplante Endlager im Salzstock Gorleben sieht vor, hochradioaktive Abfaelle und mittelradioaktive Abfaelle der oberen Aktivitaetskategorie in Bohrloechern einzulagern. Ziel des Versuchsprogramms ist die Demonstration der Machbarkeit der Bohrlochlagerung dieser waermeentwickelnden Abfaelle. Die Ergebnisse sollen auch fuer alternative Einlagerungstechniken (Streckenlagerung) verwendbar sein. Die Arbeiten konzentrieren sich auf vier Themen: 1) Die Untersuchung der schuettgutmechanischen Eigenschaften des Versatzmaterials Salzgrus, 2) die Validierung der Modelle zur Lastabtragung durch Salzgrus, 3) die Charakterisierung der Eignung von Salzgrus als Flammensperre und 4) die Untersuchung der Wasserstoffbildung bei der anaeroben Korrosion von Metallen im Endlager. Im Rahmen eines vorherigen Versuchsprogramms, das im Forschungszentrum Juelich bis Ende 1996 durchgefuehrt wurde, sind die grundsaetzliche Machbarkeit der Bohrlochlagerung aufgezeigt und wesentliche Parameter fuer sicherheitsanalytische Modellrechnungen geliefert worden. Diese Parameter sollen auf der Basis von Sicherheitsnachweiskonzepten um Parameter fuer bestimmte, nicht planmaessige Szenarien ergaenzt werden. Auch sollen aus dem vorherigen Versuchsprogramm erkannte Defizite in der Nachweisfuehrung geschlossen werden.

Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Verhalten von Versatz in Endlagerstrecken im Salinar

Auf der Schachtanlage Asse wird seit mehreren Jahren ein grossmassstaeblicher Versuch zur thermischen Simulation der Einlagerung waermeentwickelnder Abfaelle in Strecken im Salzgebirge durchgefuehrt, um die Einlagerungstechnik zu demonstrieren und um insbesondere die langfristige Reaktion des Streckenversatzes und des umgebenden Gebirges aus geowissenschaftlicher Sicht zu beobachten und zu bewerten. Dazu fuehrt die BGR experimentelle und theoretische geotechnische Untersuchungen (In-situ-Messungen, Laborversuche, numerische Modellberechnungen, Stoffgesetzentwicklung) durch.

Geotechnische Untersuchungen im Rahmen des Demonstrationsversuchs 'Thermische Simulation der Streckenlagerung (TSS)'

Im Rahmen des F+E-Vorhabens 'Direkte Endlagerung ausgedienter Brennelemente' werden von der BGR im Demonstrationsversuch 'Thermische Simulation der Streckenlagerung TSS' geotechnische In-situ Untersuchungen und numerische Berechnungen zu geomechanischen und geohydraulischen Eigenschaften und zum Verhalten des Salzgebirges und des Versatzmaterials unter dem Einfluss erhoehter Temperaturen durchgefuehrt. Die Forschungsarbeiten umfassen insbesondere die langfristige Beobachtung und Ermittlung von thermisch induzierten Gebirgsspannungen, die Ermittlung des initialen Spannungszustandes, die Ermittlung der Dichtigkeit des Salzgebirges bzw. der Durchlaessigkeit des Streckenversatzes sowie die Durchfuehrung numerischer Modellberechnungen fuer den Vergleich experimenteller und theoretischer Befunde. Die Ergebnisse sind im Schlussbericht zum Forschungsvorhaben beschrieben.

MAW (Q)- und HTR-Brennelemente - Versuchsprogramm, MAW(Q) und HTR-Brennelemente Versuchsprogramm

Das Konzept fuer die geplante Endlagerung radioaktiver Abfaelle im Salzstock Gorleben sieht vor, hochaktive Abfaelle und mittelaktive Abfaelle der oberen Aktivitaetskategorie in Bohrloecher einzulagern. Ziel des Versuchsprogramms ist die Demonstration der Machbarkeit der Bohrlochlagerung dieser Abfaelle. Die Arbeiten konzentrieren sich auf vier Themen: 1) Die Untersuchung der schuettgutmechanischen Eigenschaften des Versatzmaterials Salzgrus, 2) die Validierung der Modelle zur Lastabtragung durch Salzgrus, 3) die Charakterisierung der Eignung von Salzgrus als Flammensperre und 4) die Untersuchung der Wasserstoffbildung bei der anaeroben Korrosion von Metallen im Endlager.

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