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Endlagerung radioaktiver Abfälle

Abstract

Als Wirtsgesteine für die Entsorgung radioaktiver Abfälle in tiefen geologischen Formationen werden weltweit Tonstein, Granit und Steinsalz untersucht. Diese Gesteinstypen weisen sehr unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich ihres mechanischen und chemischen Verhaltens auf, insbesondere bei der Einlagerung von wärmeentwickelnden Abfällen. Diese Unterschiede beruhen auf den jeweiligen Bildungsbedingungen: Langsame Sedimentation feinkörniger Minerale aus der Meerwassersäule im Bereich großer Flussmündungen mit anschließender Diagenese (Tonsteine); Kristallisation silikatischer Magmen in den oberen 20 km der kontinentalen Erdkruste bei 700 bis 850°C (Granit) und chemische Fällung von Chloriden und Sulfaten aus eindunstendem Meerwasser in isolierten ozeanischen Randbecken unter ariden Bedingungen der geologischen Vergangenheit (Steinsalz). Granit reagiert vergleichsweise wenig mit wässrigen Lösungen, wenn das Gestein durch radiogene Wärmeentwicklung im Endlager Temperaturerhöhungen ausgesetzt wird. Solche Temperaturveränderung beeinflussen dagegen die mechanischen und die chemischen Eigenschaften von Tonstein und von Steinsalz in erheblichem Maße: In Tonsteinen können die Rückhalteeigenschaften der Schichtsilikate gegenüber potentiell ausgetretenen Radionukliden leiden (Illitisierungsreaktionen), die Plastizität von Steinsalz korreliert mit der Temperatur, was zu einem schnelleren Umschließen von Abfallbehältern führt. Von großer Bedeutung für die Auswahl von einschlusswirksamen Gebirgsbereichen im Steinsalz ist aus chemischer Sicht die Abwesenheit reaktionsfähiger hochsalinarer Lösungen, die je nach Zusammensetzung bei erhöhten Temperaturen mit Teilen der Salzformation wie z.B. Kali‐Flözen reagieren können.

Shales, granites and rock salt are currently under investigation as host rocks for radioactive waste. With respect to heat‐producing waste (spent fuel, high‐active waste) these rock types comprise contrasting mechanical and chemical behavior. The differences are due to the respective geological formations: Shales form by slow accumulation of fine‐grained minerals from seawater with subsequent compaction and diagenesis; crystallization of deep‐seated magmas at 700 to 850°C is the process that generates granitic rocks in the upper 20 km of the earth's continental crust; rock salt is a chemical sediment which forms by precipitation of chloride and sulfate minerals from seawater evaporation in shallow marine basins under arid conditions. The extent of chemical reactions between granitic rocks and migrating saline fluids upon canister‐induced heating is quite small. However, thermally induced reactions between sheet silicate minerals in shales may result in a gradual loss of adsorption capacities for released radionuclides. Canister‐induced temperature gain in rock salt results in increasing creep rates which lead to an enhanced enclosure process. Great care has to be taken in the selection of salt formations as host rocks with respect to brines; depending on their composition and temperature brines might react with e.g. potash‐seams.

Autoren:   Kurt Mengel, Klaus‐Jürgen Röhlig, Horst Geckeis
Journal:   Chemie in unserer Zeit
Jahrgang:   2012
Seiten:   n/a
DOI:   10.1002/ciuz.201200582
Erscheinungsdatum:   04.06.2012
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