Untersuchungen zum Permeationsverhalten von Salzlaugen in Steinsalz bei der Endlagerung wärmeentwickelnder nuklearer Abfälle

In der Bundesrepublik Deutschland ist die Endlagerung nuklearer Abfälle in tiefen geologischen Formationen im Wirtsgestein Steinsalz vorgesehen. Anlagen zur sicheren Verwahrung von nuklearen Abfällen sollen auf dem Gebiet der Bundesrepublik ab dem Jahr 2030 genutzt werden. Im Rahmen der Sicherheitsbetrachtungen für ein Endlager für radioaktive Abfälle in Steinsalzformationen sind Untersuchungen zum Durchlässigkeits-verhalten der bergmännisch aufgefahrenen und wieder verfüllten Hohlräumen gegenüber Flüssigkeiten von besonderer Bedeutung. Ein wichtiges Szenario in den Sicherheitsanalysen für ein Endlager für radioaktive Abfälle in Steinsalz stellt der nicht völlig auszuschließende Störfall Wasser- und Laugeneinbruch in ein Endlager dar. Als Basis für die in dieser Arbeit durchgeführten experimentellen Untersuchungen wird unterstellt, dass der Wasser- und Laugeneinbruch in den Bereich von wärmeentwickelnden, nuklearen Abfällen erfolgt. Die Permeabilität der bergmännisch aufgefahrenen, wieder verfüllten und kompaktierten Hohlräume ist eine der maßgeblichen Parameter für den Stofftransport aus einem Endlager nach einem solchen möglichen Störfall. Im Rahmen der Sicherheitsbetrachtungen für ein Endlager für radioaktive Abfälle in Salzformationen sind deshalb Untersuchungen zum Durchlässigkeitsverhalten von besonderer Bedeutung. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten experimentellen Untersuchungen sollen dabei den Temperatureinfluss auf (a) die zeitliche Porositätsänderung durch Kompaktion, (b) die zeitliche Permeabilitätsänderung und (c) die Permeabilitäts- und Porositätskorrelation quantifizieren. Da Veränderungen des Durchlässigkeitsverhaltens in einer Veränderung der Porenstruktur zu suchen sind, wurden parallel zu den Durchlässigkeitsuntersuchungen Laboruntersuchungen zum Porenraum und der Gefügestruktur durchgeführt. Dabei interessierte in erster Linie die Änderung des Porenraums während des Durchströmens mit Salzlauge. Durch die verschiedenen Untersuchungsmethoden (Quecksilberporosimetrie, optische Untersuchungen) kann ein Einblick in diese Vorgänge erhalten werden. Ferner wird in dieser Arbeit die Laboranlage zur Durchführung der Durchströmungs-experimente vorgestellt, mit deren Hilfe sich die Permeabilität und die isostatische Kompaktion von Salzkernen bis zu einer Temperatur von 150°C und einem Überlagerungsdruck bis 200 bar bestimmen lässt.

In the Federal Republic of Germany final storage of nuclear waste is foreseen in deep geological formations in rock salt. Facilities for the safe disposal of nuclear waste are planned for usage on the German area from the year 2030. Against the background of safety assessments for the disposal place in rock salt investigations on the fluid permeability of filled-in cavities are of major importance. An important scenario in the safety assessments is a not unlikely case of water and brine inflow in the disposal place. For the safety scenario the major presumption for the derived experimental investigations is an assumed water and brine inflow in the area of heat producing nuclear waste. The permeability of the hollowed-out and filled-in cavities is a significant parameter for mass transfer in a final storage facility after a possible breakdown. Within the scope of these safety assessments for a dedicated facility in rock salt investigations on the permability behaviour are of vital importance. The objective of the conducted experiments is to quantify the temperature influence on (a) the time dependant change of porosity through compaction, (b) the time dependant change of permeability and (c) the correlation of permeability and porosity. Since change of permeability in rock salt is caused by a change of pore structure in line with permeability measurements laboratory investigations on pore structure and texture were conducted. Of major interest was the change of pore structure during passing through of brine. By application of different experimental methods (mercury porosimetry, microscopical investigations) fundamental insight of the micro-scale processes could be obtained. The experimental set-up for the measurement of permeability is described. The set-up allows to determine permeability and compaction of rock salt cores up to a temperature of 150°C and a compaction pressure up to 200 bar.