Sicherheitsbarrieren: neues Modell mit Daten aus Felslabor Mont Terri geprüft

Das Schweizer Felslabor Mont Terri spielt eine zentrale Rolle bei der Erforschung von Sicherheitsbarrieren für geologische Tiefenlager zum sicheren Einschluss radioaktiver Abfälle. Ein Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Übergang zwischen der künstlichen Barriere Zement und der natürlichen Barriere, dem Tongestein Opalinuston. Diese Grenzschicht ist von besonderem Interesse, da sich dort über lange Zeiträume chemische und physikalische Veränderungen vollziehen können.

Vor diesem Hintergrund wurde eine rund einen Zentimeter dicke Übergangszone – die sogenannte «Skin» – zwischen Zement und Opalinuston näher untersucht: durch Experimente im Felslabor Mont Terri und ergänzende Simulationen in den USA. Im Langzeitexperiment wurden negativ und positiv geladene Ionen in ein Bohrloch im Zement eingebracht und ihre Ausbreitung in Richtung der Grenzschicht beobachtet. Solche Zement-Ton-Barrieren sind Teil des mehrstufigen Sicherheitskonzepts geologischer Tiefenlager.

Die Forscherteams des Massachusetts Institute of Technology (MIT), des Lawrence Berkeley National Laboratory und der Universität Orléans haben die Software CrunchODiTi entwickelt. Diese bildet erstmals auch elektrostatische Effekte ab, die von den negativ geladenen Tonmineralien in der Barriere herrühren. «Bislang gab es mehrere Herausforderungen, die das Verständnis der Forschenden darüber, wie radioaktive Abfälle mit Zement-Ton-Barrieren reagieren, eingeschränkt haben», heisst es in der Veröffentlichung.

Die Simulation konnte erfolgreich mit den Messdaten aus Mont Terri abgeglichen werden. «Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass das Modell die elektrostatischen Effekte, die mit der tonreichen Formation und der Wechselwirkung zwischen den Materialien in Mont Terri im Laufe der Zeit verbunden sind, erfolgreich berücksichtigt hat», so die Autoren. «Mit diesen Modellen können wir das Schicksal von Radionukliden über Jahrtausende hinweg verfolgen. Wir können sie nutzen, um Wechselwirkungen über Zeiträume von Monaten über Jahre bis hin zu vielen Millionen Jahren zu verstehen.»

Beitrag zur Akzeptanz von Entsorgungslösungen

Die Übereinstimmung von Modell und Realität deutet laut den Forschenden darauf hin, dass sich die Methode zur Validierung der Sicherheit geologischer Tiefenlager eignet. Das neue Modell könnte ältere Modelle ersetzen, die bisher zur Bewertung der Sicherheit und Leistungsfähigkeit von geologischen Tiefenlagern verwendet wurden. Die Forschenden betonen, dass belastbare Sicherheitsnachweise auch eine gesellschaftliche Funktion erfüllen: Sie schaffen Vertrauen in die Entsorgungsstrategien. Sie hoffen, dass ihre Studie zu einer langfristigen Lösung für die Lagerung radioaktiver Abfälle beiträgt, die von Politik und Öffentlichkeit mitgetragen wird.

Die Forschungsergebnisse wurden im Journal «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) publiziert.