Die Folgen für Morsleben und Gorleben sowie ein Vorschlag

Gebirgsmechanik im Salzgestein
und die Folgen für Morsleben und Gorleben
Version : 18/02/2016
- Egbert de Beyer
[email protected]
Abstract :
Erörterung der gebirgsmechanische Probleme bei der Entsorgung radioaktiver
Abfälle in den Bergwerken Asse II, Morsleben und Gorleben, so wie ein
Vorschlag zur sicherer Lagerung des Atommülls.
Rock mechanics in salt rock. The results of of the fracture caused by pressure
waves as a result of mining operations which caused columns, fissures and
loosening zones in salt rock at a great distance of cavities. Discussion of the
problems with the disposal of radioactive waste in the Gorleben mine
(Germany).
Gesteentemechanica in steenzout. De resultaten van de breukvorming die
ontstaat door drukgolven ten gevolge van mijnbouwkundige werkzaamheden
waardoor spleten en kataklasen, op een grote afstand van holle ruimtes, in
Steenzout ontstaan. Aansluitend een uiteenzetting over de problemen en het
milieurisico met de ondergrondse opslag van kernafval in de zoutmijn te
Gorleben in Duitsland.
Mécanique des roches dans le sel gemme. Une explication pourquoi des ondes
de pression à cause des travaux miniers causent des crevasses et cataclases
dans le sel gemme à grande distance de « la salle creuse ». Ci-joint une
exposé sur les problèmes et le risque d’environnement avec le stockage soussol des déchets nucléaires et radioactives dans le mines à Gorleben en
Allemagne.
I HALTSVERZEICH IS
Seite
1. Zusammenfassung: Gebirgsmechanik im Salzgestein............................2
2. Morsleben................................................................................................4
3. Übernommener Fehler aus der Asse II in Gorleben...............................8
4. Probleme im Endlager Gorleben.............................................................10
5. Konsequenz............................................................................................21
6. Wenn Atommüll trotzdem im Salzgestein eingelagert werden soll......22
7. Vorschlag zur Lagerung.........................................................................24
8. Anlage 1 bis 21.......................................................................................26
Zusammenfassung: Gebirgsmechanik im Salzgestein
Salzgestein ist von nature aus Wasser und Gas undurchlässig.
Durch Bergbauaktivitäten treten gebirgsmechanische Veränderungen auf in Form
von Spannungsumlagerungen. Hierdurch werden, ab eine gewisse Teufe,
Bruchbildungen durch Festigkeitsüberschreitungen entstehen. Die Folgen sind
Permeabilitätserhöhungen, dadurch Volumenerhöhungen und dadurch
Konvergenzbewegungen im Richtung der Hohlräume (siehe Teil 1: Anlage 4).
Sind Laugeeinschlüssen oder Kondensatvorkommen (Erdöl) in das
Einflussbereich des Bergwerks vorhanden, dann werden diese mobilisiert und in
das geöffnete Salzgestein ihr Weg Richtung geringster Druck suchen.
Es gibt drei verschiedene Festigkeitsüberschreitungstypen:
1
Primäre Bruchbildung in der Streckenwand während der Auffahrung
2
Bruchbildung unter eine Zone mit erhöhten Druck (Streckenferne Abbaueinfluss)
3
Sekundäre Bruchbildung in der Streckenwand
Abb. 1 Spannungssituation um eine Streckenauffahrung
Abb. 2 Gramberg-Kurve
Gestein bricht niemals unter Druck, sondern immer nur durch eine (direkteoder indirekte) Zugspannung. Indirekte Zugspannungen erscheinen senkrecht
auf die beide Hauptspannungsrichtungen v (z.b.Vertikal, größte
Hauptspannung) und h (z.b. Horizontal, kleinste Hauptspannung).
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2
Dort wo diese erhöhte Druck sich befindet, können Zugspannungen entstehen (siehe
Abb.1 und Teil 1: Anlage 4 Punkt 1). Die Zugspannungen entstehen durch immer größer
werdende Unterschiede in den Hauptspannungsrichtungen. Wenn hierdurch die Belastung
des Salzgesteins in der Grambergkurve bis zum Bereich B steigt, dann werden Kataklasen
(Mikrofissuren, sekundäre Permeabilität) geformt. Die Öffnung der Kataklasen, wodurch
Klüften oder Permeabilitätserhöhungen entstehen, schafft den Platz für die
Konvergenzbewegungen Richtung Hohlraum.
Abb. 3 Im Rahmen der mikroakustischen Messungen am Versuchsort in Bernburg wurden seit
Versuchsbeginn am 13. Sept. 2005 bis zum 19. April 2007 ca. 70.100 Ereignisse automatisch registriert
(Das hörbare Brechen des Salzgesteins wird als Ereignis bezeichnet, hier Blau dargestellt).
Konvergenzbewegungen entstehen durch Bruchbildung.
Oder anders gesagt: Konvergenzbewegungen sind ein sicheres Indiz dafür das die
Dilatanzgrenze im Gebirge überschritten sind!
Verhindern kann man diese Bruchbildung z.b. durch einen Streckenausbau der
ausreichenden Gegendruck auf das Gebirge ausübt. Hierdurch können sich unter der
Druckwelle keine Zugspannungen entwickeln, wodurch sich keine Spaltbildungen formen
können und dadurch auch keine Konvergenzbewegungen entstehen können! Die Folge ist,
dass die Druckwelle sich nicht von Hohlraum entfernt. Der Ausbau trägt die zusätzliche
Last die entstanden ist durch das entfernte Salz.
Nähere Informationen über die Gebirgsmechanik im Salzgestein unter folgender Link:
http://home.arcor.de/e.debeyer/Beyerinck/Links.htm
3
Morsleben
Die Situation in Morsleben, vor die Stabilisierung im Zentralfeld, war
vergleichbar mit die in der Asse II in 1979. Stand in der Asse II der
schützenden Gesteinsbank na zu senkrecht, so liegt das schützende Hutgestein
in Morsleben horizontal.
Unterschied zwischen vertikal- und horizontal belastetes Gestein mit einseitig Salz und Hohlraum (siehe
hierzu auch in der Zusammenfassung Asse II, Anlage 2a).
1) Gebirgsmechanisch gesehen ist diese Lage, trotz geringere
Durchbauungsgrad, ungünstiger, wegen der Spannungsdifferenz ( v- h) im
Hutgestein, die hoher ist als dass der Spannungsdifferenz in der Asse II war. In
Morsleben fehlt, durch die plastischen Eigenschaften vom Salzgestein, einer
Senkrechten Gegendruck nach oben! Ein schwaches Erdbeben wird reichen um
eine vertikale Rissentwicklung in das elastische Hutgestein zu initiieren. Auf
jeden Fall werden sich, mit der Zeit, Rissen im Hutgestein entwickeln.
✂ ✂
4
2) Das Salzvorkommen zwischen die Hohlräume und der Gesteinsbank war auf
der Asse II (40 m) homogen (günstig), ist aber in Morsleben (50 bis 65 m) von
Anhydrit, Kalisalz, Störungen und Auflockerungszonen durchsetzt (siehe Teil 1:
Anlage 4 Punkt 15-b).
Abb. 4
Wenn die oberste Hohlräume, bis 200 m unter den Salzspiegel, rechtzeitig komplett
mit Salzbeton verfüllt werden, kann die Rissentwicklung im Hutgestein minimiert werden.
5
Die Wasserzutrittsstellen sollen anschließend mit Baustoff verprest werden.
Um die restlichen Hohlräume wird der Druck durch eine Spannungsumlagerung, vom
Hutgestein zurück im Salzgestein, zunehmen. Hierdurch werden die
Konvergenzgeschwindigkeiten zunehmen und damit die Bruchbildung um die nicht– und
die nicht ordentlich verfüllte Hohlräume.
Verhindern kann man dies durch, für die zeitlich offen zu haltende Hohlräume, minimal 6
m bis 10 m lange und auf Zug belastete Seilanker ein zu bringen. Hierdurch können um
die Hohlräume keine Zugspannungen im Salzgestein entstehen. Das Salz oberhalb von den
Hohlräumen mit Schweben, ist deswegen mit durchgehendem Anker unter Druck zu
halten.
Abb. 5
6
Kurze einbetonierte Anker, so wie sie momentan verwendet werden, sind hierzu nicht in
der Lage. Sie verhindern nur die, für das Personal gefährliche, Abschalungen, aber nicht
die wesendlich gefährlichere Bruchbildung tiefer im Gestein.
Abb. 6 zukünftiges Wartungsraum
Für die restlichen gefährdete Hohlräume reicht eine kostengünstige nicht
zusammendruckbare Verfüllung wie Katasit (siehe Seite 104 der Diplomarbeit), oder eine
gleichartigen Stoff die der Gasdruck, durch chemische Reaktionen im Atommüll,
reduziert und Radionukliden absorbieren kann.
7
Übernommener Fehler aus der Asse II in Gorleben.
Als die Planung für das Endlagerbergwerk-Gorleben abgeschlossen war, hatte die
Betreiber noch keine negative Erfahrung mit der Asse II gemacht. Die vorhandene
Wasserzuflüssen konnte man bis dahin alle als isolierte Laugeeinschlüssen nachweisen,
und eventuelle Rissen im Salzgestein, so glaubte man, würde sich von selbst heilen durch
die Konvergenz. Der Beginn des Schachtabteufens in Gorleben war am 18.9.86.
1) Spätestens im 1988, nach den Wassereinbruch in der Asse II, hätte man sich überlegen
müssen ob ihre Ansicht von der „Selbstheilung“ des Salzgesteins noch Aufrecht zu halten
war. Auch wenn man nicht genau wusste wo das Wasser in der 40 m dicke Südflanke
eingebrochen war, so wusste man doch das es irgend wo zwischen der 490 m Sohle und
der 532 m Sohle war, da in dieses Bereich die Cracks (Rissbildung) im Nebengestein zu
hören waren und die Südflanke, oberhalb der 532 m Sohle, nass war (siehe Abb.10).
Abb. 7 Cracks
Abb.8 Der Anfang vom Ende der Asse II
in 1979, eine Salzstalagmit in
Kammer 9 auf der 532 n Sohle.
Der Sicherheitsabstand betrug hier minimal 40 Meter. Für ein Endlager mit
Hochradioaktiven Abfälle währe also einen deutlich höheren Sicherheitsabstand, zur erste
unzuverlässigen Schicht (Kali-Hauptanhydrit bis an den Salzspiegel), die logische Folge
gewesen. Aber nein, man beharrte auf eine fehlerhafte Interpretation von „Festen von 200
Meter im Flankenbereich“ (siehe Anlage 1) als „200 Meter bis zum Außenwand“, obwohl
auch folgendes Zitat bekannt waren:
„Bei einer Untertagedeponie müsse zwischen dem umgebenden Gestein und dem
Endlagerbergwerk 200 Meter Salz in alle Richtungen vorhanden sein" meinte die
Bergbehörde und Prof. Kühn.“
8
Aber eine 57 Meter Sicherheitsabstand bis zum 80 Meter dicke Hauptanhydritbank wurde,
nach Meinung der Betreiber, in Gorleben reichen. Tatsächlich sind die Betreiber das
Hauptanhydrit schon auf 32 m genaht und die Annährung bis auf 25 m geplant!
(siehe Punkt 15, Sicherheitsabstand)
Abb. 9
2) Es war vom Anfang an eine irrige Meinung dass Konvergenz nützlich ist für die
Endlagerung. Man glaubte dass hierdurch der Atommull trocken endgelagert wird und die
Strecken restlos verschwinden würde. Die Tatsache dass Konvergenz durch Bruchbildung
irgendwo im Salzgestein entsteht wurde, aus Unkenntnis, ignoriert.
Der Wassereinbruch auf der Asse II in 1988 war unabhängig von der hohen
Durchbauungsgrad. Mann arbeitete sich von unten (750 m Sohle) nach oben
(490 m Sohle) vor und sie kamen zu nah an ein Laugeeinschluss im
Anhydritmittelsalz oberhalb der oberste Sohle. Diese befand sich auf eine
Entfernung vom c.a. 100 m zum Außenwand. Durch Konvergenzbewegungen im
Salzgestein wurde die Permeabilität erhöht und migrierte die Lauge unkontrolliert
Richtung Außenwand (siehe Teil I). Der Abbaueinfluss hat dieser Außenwand
zerbröselt und wurde dadurch wasserdurchlässig. Hätte die Bergleute auf der 490
m Sohle ihre Arbeit angefangen, währe das Bergwerk schon in ihre Anfangsphase
Abgesoffen! Pech oder Glück liegen hier nah zusammen, siehe weiter unten die
Wahrscheinlichkeitsrechnung für Zufallsbedingter Gefahr in verketteten
Systemen.
3) Durch den Atommull wird das Salzgestein erhitzt. Hierdurch wird Porenwasser aus dem
Salzgestein mobilisieren und dadurch kommen die Behälter mit Wasser in Berührung. Sie
verrosten und produzieren Wasserdampfdruck. Dies war aus Experimenten auf der Asse
II, Morsleben und aus der USA (WIPP) bekannt (siehe Anlage 11 und 12).
4) Es war ein Fehler um die Einwirkung von hochradioaktiven Abfälle auf Salzgestein in
der Asse II oder in Gorleben nicht zu untersuchen. Aktivierungseffekte durch
Neutronenstrahlung sind bisher nicht berücksichtigt (siehe Anlage 18).
Die Folge von Gasentwicklung durch Korrosion und ionisierende Strahlung, um den durch
Konvergenz eingeschlossenen Behälter, könnten Gas- und Wasserdrucken oberhalb der
Gebirgsdruck erzeugen (siehe Anlage 9 ). Die Strahlung könnte, nachdem die Behälter
durchgerostet sind, eine strahlenchemisch Eigendynamik entwickeln, die nicht
prognostizierbar ist.
9
Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in Gorleben.
In Gorleben (692.180 m³, siehe Anlage 2) sind nur ein viertel des
Hohlraumvolumen von der Asse II geplant (3.000.000 m³). Der Asse II hatte
ein Sicherheitsabstand von mindestens 40 m zur Grenzanhydrit (siehe Anlage
1b), die bei naher Betrachtung nicht eingehalten worden ist. Gorleben hat ein
Sicherheitsabstand von mindestens 57 m zu potenziellen Störungszonen und
relevanten Schichtgrenzen (Kaliflöz und Hauptanhydrit), die bei naher
Betrachtung auch nicht eingehalten worden ist, aber eine wesentlich bessere
räumliche Verteilung.
Asse II
Gorleben
Abb. 10
10
Deswegen ist Gorleben bergmännisch sicher, aber nicht sicher als Endlager!
Denn Atommull sollte einige 100.000 Jahren so gelagert werden, dass mit
höchst mögliche Sicherheit die effektive Individualdosis. in der Biosphäre.
unterhalb von 0,1 mSv/a verbleibt.
Der Weg zur Biosphäre soll deshalb so beschwerlich sein, dass die
Radionuklide entweder unterwegs absorbiert werden, oder sie ihre Strahlung,
über eine Zeit von z.b. 10 Halbwertszeiten, verlieren (siehe Anlage 7 b).
Eine 100 % Sicherheit wird in Gorleben u.a. durch die Gefahr von einem
Süßwasserzutritt reduziert.
Die für einen Wassereinbruch gefährdete Hohlraunoberfläche war auf der Asse
II (oberste Kammern): 600mx100m=60.000 m² und wird in Gorleben mit 15
km lange und 4 m hohe Strecken entlang das Haubtanhydrit 15000m x 4m =
60.000 m² sein. Also Vergleichbar!
Zufallsbedingter Gefahr in verketteten Systemen betrachtet man
mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsrechnung!
(z.b. in der Flugzeugbau oder Bergbau)
Ein Ereignis (Bruch -Wasserzutritt) in einem beliebigen Kettenglied
(Niete - Streckenabschnittes) zu einer beliebigen Zeit (Zukunft),
verursacht ein immer gleiches Ereignis (Absturz - Absaufen) im
gesamten System (Flugzeug - Bergwerk), dessen
Wahrscheinlichkeit (Sicherheit) berechnet werden soll.
Wenn die Wahrscheinlichkeit dass für einen gewissen Streckenabschnittes von
z.b. 100 m, entlang das Hauptanhydrit, kein Wasserzutritt stattfindet mit z.b.
99,9% sehr groß ist, so ist doch die Wahrscheinlichkeit das in das gesamte
Bergwerk kein Wasser zutreten wird wesentlich kleiner, da die
Wahrscheinlichkeiten den einzelnen Streckenabschnitten mit einander
multipliziert werden müssen.
Die Berechnung ergibt für alle Streckenabschnitte entlang das Hauptanhydrit
bei einer Gesamtlänge von z.b. 15 km: 0,999x0,999x....x0,999 = 0,999150 =
0,86. Also nur noch eine 86 % Wahrscheinlichkeit dass kein Wasser zutreten
wird!
(Hierbei sind die Variabeln noch sehr zu Gunsten eine sichere Lagerung gewählt: Große Streckenabschnittslänge,
große Sicherheit, nur die Randstrecken als gefährdet und nur das Hauptanhydrit als Wasserlieferant)
Endlagerung so sicher wie Russisches Roulette (ein Kugel und 6 Kammern).
11
Folgende Punkte reduziert diese Sicherheit weiter:
1. Von den vier möglichen Salzvorkommen (Salzstock, Salzdom, Salzkissen und
Salzschicht) ist der Salzstock für eine Endlagerung die unsicherste Wahl. Das Salz
in einem Salzstock, wie Gorleben, steht immer in Kontakt mit der wasserführenden
Oberfläche (siehe Abb. 11, zeitlich schützende Tonschichten sind nicht
Eiszeitsicher).
Abb. 11
2. Die eiszeitlichen Rinnen, entstehend beim Abschmelzen der Gletscher, können in
der Elbsenke bis zu 500 m tief ausgespült werden und alte Rinnen werden
erfahrungsgemäß bei den folgenden Eiszeiten wieder benutzt. Das Schmelzwasser aus
alle Kaltzeiten hat außerdem bis jetzt in Gorleben c.a. 150 m Salz abgelaugt (siehe
Anlage 3b). Von die letzte drei Eiszeiten haben zwei hiervon mit ihrem Gletscher den
Salzstock Gorleben überschoben (Elster und Saale-Kaltzeit) und 100 m bis 140 m unter
Gelände abgeschoben.
3. Die Kaltzeiten werden anscheinend immer kälter und dadurch trockner. Hierdurch
wird weniger Eis geformt, aber werden die vertikale kryogenen Klüfte (PermafrostSpalten) tiefer im Salzgestein eindringen (möglich bis in die 300 m hohe SteinsalzSicherheitszone über dem Endlager, siehe Anlage 3, Anlage 4 und Punkt 11).
Nach eine Kälteperiode dehnt sich das obere Salzgestein aus und entstehen horizontal
gerichtete Zugspannungen mit Bruchbildung (In Gorleben nachgewiesen).
4. Die Wärmeentwicklung im Endlagerfeld. Laut eine Studie vom Institut für
Gebirgsmechanik in Leipzig entstehen hierdurch vertikale Dehnungsrissen und kann
Wasser hierdurch bis einige hundert Meter unter den Salzspiegel eindringen! (siehe
Anlage 22 )
5. Der leicht erreichbare Salzstock wird in Zukunft für Menschen interessant bleiben
als Rohstofflager für Salz, Kalium, Magnesium und für die Gasgewinnung unterhalb
des Salzes, oder als Speichermedium (Erdöl, Erdgas, CO2/H2-Gas). Es existieren
keine praktikablen Möglichkeiten um in ein Salzstock zu verhindern dass
zukünftige Generationen unbeabsichtigt Kontakt mit dem Atommüll machen und
sind dadurch als Endlager ungeeignet!
12
6. In Gorleben hätten die Schächte neben dem Salzstock abgeteuft werden müssen, um
horizontal, im trockenen Gestein, Strecken im Salz hineinzufahren. So hätte man
Hohlräumen an der schwächsten Stelle des Salzstocks vermieden (siehe Anlage 1c).
7. Die Porosität von Salzgestein ist 0,02 bis 2 % und stellt das Verhältnis von
Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen des Steinsalzes dar. Die Porosität des gestauchten
Teils des Hauptsalzes z2HS in Gorleben ist mit 0,017 % gering, weil dieses Salz, durch
seines guten Kriechvermögen, verdichtet würde. Dieses Wasser befindet sich jetzt
zusätzlich in die benachbarten Schichten (das Hauptanhydrit) und zeigt nochmals
dass Wasser in Salzgestein unter Druck mobilisiert werden kann und dass das
Hauptanhydrit viel Lauge beinhaltet!
8. Die Permeabilität oder Durchlässigkeit des Salzgesteins.
Die Durchlässigkeit wird in m/s angegeben, die Permeabilität in m² (siehe hierzu Teil 1:
Anlage 4 Punkt 14). Von Steinsalz ist sie in situ 1,5.10-13 bis 10-16 m/s oder 10-20 bis 1023
m², absolut undurchlässig, aber bekommt eine Permeabilitätszunahme durch
Abbaueinfluss!
Die Berechnung der Durchlässigkeit hängt von der Druckdifferenz und Temperatur des
Fließmediums ab. Bei der Permeabilität werden zusätzlich die Dichte und die Viskosität
des durchströmenden Mediums eingerechnet und ist deshalb für die Öl- und
Gasgewinnung sinnvoller.
Eine Durchlässigkeit von kf= 10-10 m/s ist gleich eine Permeabilität von K=kf/(1,46x107
)=6,8x10-18 m² bis K=kf/(1,22x107 )=8,2x10-18 m², durch seine Abhängigkeit vom Dichte
und die Viskosität.
Der Wert von 10-10 m/s ist hier entscheidend: weniger durchlässig (z.b. 10-11 m/s) bedeutet
eine Einschränkung der Bewegung auf Diffusion, mehr Durchlässigkeit (z.b. 10-9 m/s)
ermöglicht eine Strömung.
Laut AkEnd reicht eine Mächtigkeit des ewG von mindestens 100 m (siehe hierzu Punkt
13) und die Gebirgsdurchlässigkeit im einschlusswirksamen Gebirgsbereich (ewG) darf
bis 10-10 m/s sein. Hierdurch kann man die Probleme mit Tongestein und mit der
Anhydritbank in Gorleben einigermaßen umgehen!
Folgende Werten haben nur Gültigkeit für ungeklüftetes Gestein!
Tongestein: Durchlässigkeit (kf = 10-10 bis 10-14 m/s) oder Permeabilität (K= 10-18 bis
10-22 m²).
Anhydrit: Durchlässigkeit (kf = 10-8 bis 10-13 m/s) oder Permeabilität (K= 10-15 bis
10-20 m²).
Salzgestein: Durchlässigkeit (kf = 10-13 bis 10-16 m/s) oder Permeabilität (K= 10-20 bis
10-23 m²).
9. Wasserzulauf: Die 12 m³/Tag Wasser, die in der Asse II zulaufen, sind momentan
wahrscheinlich die maximale Menge, die durch Regen von Übertage durch das Gestein bis
zum zermürbten Gestein um das Baufeld durchsickern kann. Oberhalb des Gorlebensalzes
befindet sich 250 m „Treibsand“, wodurch hier unendliche Mengen Wasser sofort zur
Verfügung stehen und das Bergwerk in kürzester Zeit fluten könnten. Hiernach ist keine
Rückholung, so wie in der Asse II, mehr möglich.
13
10. Augenscheinlich trockenes Salzgestein ist mit einer geringen Menge Lösungen
(Meereswasser) gesättigt (siehe Teil 1: Anlage 4 Punkt 10). Ein Salz, dass einer relativen
Luftfeuchtigkeit unterhalb der Deliqueszenzfeuchtigkeit ausgesetzt wird, gibt das Wasser
durch Verdunstung ab (siehe Teil 1: Anlage 4 Punkt 18). Durch den Abbaueinfluss mit
Rissbildung wird die Permeabilität vergrößert (siehe Teil 1: Anlage 4 Punkt 14). Die
Folge ist dass der Hohlraumwand ständig kleinste Menge Wasser, Gas oder die sichtbare
Kohlenwasserstoffen (Erdöl) ausdünstet. Wasser und Gas werden durch die Wetterführung
fast unsichtbar entfernt (siehe Abb. 13). In den ausziehenden Schacht kann dieses Wasser
aus dem Grubenwetter Kondensieren durch den Temperaturabfall verursacht durch die
Luftdruckminderung.
Abb. 12
Normallicht
Kohlenwasserstoffen in Gorleben
UV-Licht
So werden sich im Laufe der Zeit durch die Druckunterschiede, trotz die geringen
Permeabilität und Porosität, die Strecken, nach Beendigung der Wetterführung, mit Lauge
Füllen (siehe Anlage 13).
-10
Bei einer Permeabilität von 1 microdarcy (7.10-18 m² oder 10 m/s) zeigen die
Berechnungen einen Zustrom von etwa 0,3 Liter Wasser/Tag/Streckemeter. Wenn wir
von einer Strecke mit einem Querschnitt von 20 m² ausgehen, würde es etwa 100 Jahre
dauern, um die Strecke mit Lauge zu füllen.
In das atomare Endlager der USA im Salzgestein, WIPP bei Carlsbad, werden nicht
wärmeabgebende transurane-Abfälle aus der Atomwaffenproduktion gelagert. Zur
Verzögerung des Wasserproblehms wird hier mit wasserbindendes MgO Granulat
gearbeitet.
14
Auch geöffnete Spalten werden sich langsam mit Lauge füllen. Wenn später der
hydrostatischen Gesteinsauflastdruck zurückkommt wird das Wasser wieder im Gestein
gedruckt, unter Zurücklassung vom das hierin aufgelöste farblose Salz (siehe Teil 1:
Anlage 10).
Abb. 13 Spaltauffüllung und Ausblühung
11. Das Mehrbarrierensystems.
Erstens: Ein ausreichend großes Bereich im Salzgestein ohne Lauge- oder
Kohlenwasserstoffeinschlüsse für die Endlagerung. Es ist nicht wahrscheinlich das im
Hauptsalz z2HS zu finden (siehe Anlage 5b und Anlage 5c).
Zweitens: Salzfesten von 200 m im Flankenbereich bis zur erste unzuverlässige Schicht
(Hauptanhydrit) und ungestörte Salzschweben mit einer Mächtigkeit von min. 300 m
(siehe Anlage 1).
Drittens: Mächtige Gesteinsschichten, die unmittelbar dem Salzgesteinskörper überlagert
sind, mit weiten Ausdehnungen, Sorptionseigenschaften für Radionickluden und mit
geringer Wasserdurchlässigkeit (siehe Anlage 7b und Teil 1: Anlage 4 Punkt 13).
Nur dann sollte ein Salzsteinskörper überhaupt als Endlager in Frage kommen. Keiner der
drei Punkte sind in Gorleben vorhanden! Hierdurch haben die Gorlebenbefürworter das
sinnvolle Mehrbarrieresystem aufgegeben und Reden nur noch von einem
einschlusswirksamen Gebirgsbereich (ewG) innerhalb das Hauptsalz z2HS.
12. Konvergenz im Bergwerk durch fehlenden Ausbau bedeutet, dass die Druckwellen
sich von den Hohlräumen entfernen. Die Folge sind Spaltbildungen in dem ewG.
Hierdurch kann eine Verbindung zwischen dem Hohlräumen und den Laugeneinschlüssen
im Hauptanhydrit geschaffen werden, so wie es in der Asse II auf der 490 m Sohle passiert
ist. Die Konvergenzbewegungen entstehen durch Bruchbildung (Konvergenz
verursacht Permeabilitätszunahme, siehe hierzu unter der Zusammenfassung Asse II Teil
1: Anlage 4 Punkt 15, 16 und 17).
Dadurch existiert gar kein einschlusswirksames Gebirgsbereich (ewG)!
15
13. Durch fortschreitende Konvergenz und der damit verbundenen Spaltbildung
(Permeabilitätszunahme) außerhalb des ewG, kann nicht mehr garantiert werden, dass
der Salzstock wasserdicht bleibt. In der Asse II wurde allerdings über längere Zeit das
Süßwasser noch von einer Gesteinsschicht daran gehindert, das Salz zu erreichen. In
Gorleben fehlt aber diese Gesteinsschicht. Auch die größere Entfernung zur Außenwand
ist irrelevant, da der nahgelegene Hauptanhydritbank (80 m dick) Wasserführend sein
kann, oder durch der Konvergenz Wasserführend werden kann. An einige Stellen steht der
Hauptanhydritbank auf der Einlagerungsebene möglicherweise jetzt schon hydraulisch in
Verbindung mit dem ungeschützten Salzspiegel (siehe Anlage 5a ).
Hauptanhydritbank
a am Salzspiegel
unsicher
Abb. 14
b
??
und am Einlagerungsniveau
16
Unter diese Umstände (keine ausgebauten Strecken und nur 57 m Entfernung vom
Hauptanhydrit), ist auch die Lagerung von nicht wärmeentwickelnder radioaktiver
Abfälle ein zu großes Risiko!
14. Es gab nur 6 Erkundungsbohrungen von Übertage aus. Hiervon sind nur zwei
Bohrungen in der Nord-Flanke, wovon nur eine Bohrung (1003, siehe Anlage 5b) der
Hauptanhydritbank oberhalb der Einlagerungszone getroffen hat. Von Untertagen aus
traut man sich nicht nach oben zu Bohren um den Hauptanhydritbank zu untersuchen
wegen der hieran verbundenen Risiken eines Wassereinbruchs! Seismischen oder
Radaruntersuchungen sind für ein 600 m langes senkrechtes (Anhydrit) Lagerungen zu
ungenau um die erhoffte Boudinage-Struktur für das Hauptanhydrit zu finden.
Abb. 15 Boudinage-Struktur
15. Die Streckenauffahrungen auf –820/–840/–880 mNN sind möglicherweise nicht tief
genug. Man weiß nicht genau, wie tief das Oberflächenwasser im Salz vorgedrungen ist.
Jedenfalls bis –421 mNN durch die voreilenden Lösungen im Kaliflöz. Oder das Wasser
ist noch tiefer eingedrungen, durch die natürlichen Klüfte im Hauptanhydrit.
Unzuverlässig sind die Permafrost-Spalten die mal in eine offene Verbindung mit
Süßwasser standen (möglich bis –700 m, siehe Anlage 4c). Es bleibt eine sichere SalzSchweben von nur 120/140/180 m statt 300 m, die auch noch geschwächt wird durch
eine Permeabilitätszunahme wegen Konvergenz!
Abb. 16
17
16. Zwischen Endlager und nahliegende Hauptanhydritbank, mit Laugeneinschlüssen
und eine mögliche Verbindung zur Salzspiegel ist einen Sicherheitsabstand erforderlich.
Der Mindestmaß, für alle bergbauliche Aktivitäten, sollte 200 m sein (siehe Anlage 1a),
ist aber zur Hauptanhydrit in der Nordflanke nur c.a. 57 m (so wie das auch für die
Endlagersohle geplant ist)!
Wenn Lauge, aus dem Hauptanhydrit, in das durch die Druckwellen aufgelockertes
Salzgestein eindringt, kann das Salzgestein, nachdem die Druckwelle vorbei ist, sich
nicht wieder schließen. Nächst folgende Druckwellen werden dieses Bereich weiter
vergrößern. Ein Bereich von einige Meter, um die Strecken herum, werden auch noch
Aufgelockert durch die sekundäre Bruchbildung (siehe unter Zusammenfassung Asse II,
Anlage 3). Diese 57 m sind deshalb einfach zu wenig für eine sichere „Selbstheilung“
des Salzgesteins (die 40 m Sicherheitsabstand auf der Asse II waren auch zu wenig!).
Abb.17
Das sichere Volumen des einschlusswirksamen Gebirgsbereiches (ewG) wird
durch der Sicherheitsabstand von 200 m sehr gering und befindet sich hierdurch
nur noch innerhalb des Knäuelsalz z2HS1. Dieses Knäuelsalz z2HS1 beinhaltet
Kondensat (siehe Anlage 5b).
17. Die spezifischen Gewichtsunterschiede von Atommull und Salzgestein bewirken ein
Absacken vom Atommullbehälter im Salz wobei die hohe Temperatur der
wärmeentwickelnden Abfälle das Absacken beschleunigt (siehe Anlage 6).
18. Neutronenstrahlung läst sich, im Gegensatz zu Gammastrahlung, kaum durch die
Behälter unterdrücken. Das Abschirmmedium Polyethylen ist nicht resistent gegen
andauernde ionisierende Strahlung. Außerdem wird das Gusseisen durch die
Neutronenstrahlung verspröden. Hierdurch nimmt die Neutronenstrahlung aus dem
Behälter in laufe der Zeit zu. Wichtige Effekte der Neutronenstrahlung, wodurch
angestrahlte Materialien radioaktiv werden (z.b. Na-23 wird durch Neutronenstrahlung
über strahlender Na-24 zu Mg-24) und ionisierende Gammastrahlung aussenden,
wurden bisher nicht berücksichtigt. Die Radiolyse, durch diese ionisierende
Gammastrahlung, verursacht Gase und eine zusätzliche Wärmeentwicklung. Hierdurch
wird die vorgegebene maximale Temperatur von 200°C möglicherweise nicht
einzuhalten sein. Die Folge ist dass Kristallwasser aus dem Salzgestein freigesetzt
wird, wodurch der Atommull, auch hierdurch (siehe Punkt 18), mit Wasser in
Berührung kommt (siehe Anlage 14, Anlage 15, Anlage 16, Anlage 17, Anlage 18)!
Deshalb ist die Neutronenstrahlung für eine Sicherheitsbetrachtungen von besonderer
Bedeutung.
18
19. Die Wärmeentwicklung der Atommüllbehälter.
Auch ohne Druckunterschiede werden die Gase, sogar in festem Salzgestein, von Orten
mit hoher Temperatur zu Orten mit niedriger Temperatur wandern und Flüssigkeiten
wandern im Richtung hoher Temperatur. Der wärmeabgebende Atommull kommt
hierdurch mit heißer Lauge in Berührung! Dieses Wasser verursacht Rost und
Dampfdruck, wodurch in der USA Salzgestein für wärmeentwickelnde Abfälle als
ungeeignet angesehen wird (siehe Teil 1: Anlage 4 Punkt 12 und 13 und Anlage 7a
und Anlage 11).
20. Die Korrosion der Atommüllbehälter, durch Strahlung und Wasser.
Sobald die Behälter durchgerostet sind, kommt Atommull in Kontakt mit Wasser und
Salz. Hierdurch kommt es zu eine zusätzlich Gasbildungen.
Der Gasdruck setzt sich zusammen aus der Summe der einzelnen Gasdrücke, z.b H2,
CH4, CO2, N2 H2S, O2, H2O, usw.
Bei einem Gasdruck oberhalb des Gebirgsdrucks wird die Barriereintegrität des
Wirtsgesteins beeinträchtigt. Beim Überschreiten der kleinste Gebirgsspannung tritt
eine Gasdurchbruch (Fracking) ein, der zu einem Abströmen von Gas und Wasser ins
festes Salzgebirge führt (siehe Teil 1: Anlage 4 Punkt 17, Anlage 8 und Anlage 9).
Bei all diesen Prozessen können radioaktive Teilchen mitwandern.
Nach Beendigung der Einlagerung sind die ausgebauten Strecken mit Katasit, oder
eine gleichartigen Stoff, auf zu füllen (siehe Seite 104 der Diplomarbeit). Dies sind
kleine Glaskugel die sich nicht zusammendrücken lassen (kein Konvergenz), aber
Sorptionseigenschaften für Radionukliden, und ein großes Porenvolumen haben.
Hierdurch ist diese Füllung in der lagen viel Gasdruck aus der Korrosion der
Atommüllbehälter auf zu nehmen und verzögert ein Fracking des Gebirges.
19
21. Die Temperaturerhöhung durch die Atommüllbehälter verursacht außerdem
Bruchbildung durch unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen Salz und Anhydrit. Hierdurch kann man die Wasserdichtheit der 140 m
dicken Salz-Schweben (siehe Abb. 16) im z2HS, nach der Einlagerung, auch noch im
Frage stellen.
Abb.19
Auch hierdurch existiert gar kein einschlusswirksamer Gebirgsbereich!
20
Konsequenz:
1.) Das Problem mit diesem Endlager ist, dass der Atommüll in einer Zone gelagert
werden soll, wo das Grundwasser im Nebengestein zirkuliert. Das Lager muss
deswegen extrem dicht sein.
2.) Salzgestein ist, von nature aus, Wasser- und Gasdicht. Änderungen im
Spannungsfeld, durch Konvergenz (als folge von geschaffenen Hohlräumen),
Temperaturerhöhung und Gasdruck (durch Atommüll), verursacht Kataklasen. Diese
bewirken örtlich eine Porositätszunahme wodurch das Salzgestein hier Wasser- und
Gasdurchlässig wird.
3.) Durch die unsachkundigen bergmännischen Arbeiten (nicht tief genug, zu nah
am Hauptanhydrit und ohne Streckenausbau) und durch die Einlagerung von hoch
radioaktiven Abfällen verliert das Salzgestein seine Undurchdringlichkeit!
4.) Durch Konvergenzbewegungen (Fließen des Salzes) vermindert sich das Volumen
der Hohlräume im Bergwerk. Aufgrund dessen ist nach Verschluss des Bergwerkes
damit zu rechnen, dass der Gasdruck den Gebirgsdruck erreicht. Kontaminiertes
Material wird sich unter diese Umstände frei im Salzgestein bewegen können!
5.) Von dem Hauptanhydrit als Wasserspeicher sollte man deswegen wenigstens 200 m
entfernt bleiben.
6.) Das Bergwerk sollte eine so klein wie Mögliche horizontale Ausdehnung
„Footprint“ haben und sich vertikal entwickeln. Hierdurch kann man die Sicherheit
der Endlagerung erheblich erhöhen mit als Maximum ein Bohrloch (siehe
Zufallsbedingter Gefahr in verketteten Systemen und Abb. 22).
7.) Der hitzeerzeugende Atommüll wird auf jeden Fall nach kurzer Zeit in heißer
Lauge liegen! (Durch die Radiolyse wird Kristallwasser freigesetzt, durch die
Reaktion zwischen Anhydrit und Kondensat entsteht Wasser, durch die Druck- und
Temperaturunterschiede migriert die Restfeuchtigkeit aus dem Salzgestein in Richtung
des Lagerraums)
8.) Die Stahlcontainer werden durch Lauge und die Folge der eutronenstrahlung
zerstört. Die Radiolyse wird dann nicht mehr durch die Behälterabschirmung
unterdrückt und der Atommüll wird kontaminierte Flüssigkeiten und Gase produzieren.
Die kontaminierten Flüssigkeiten werden von dem Gasdruck in das Salz gedrückt.
Wobei die Radionickluden nicht vom Salz absorbiert werden.
9.) Wenn Süßwasser durch den Hauptanhydrit und Auflockerungszones oder
Permafrostspalten in der nächsten Kaltzeit dieses Bereich erreichen ist der Weg
zur Biosphäre frei!
In Gorleben wird der Weg für die Radionuklide zur Biosphäre, innerhalb die
Verfallzeit, durch Wasserwegsamkeiten überbrückbar sein!
Ein Radionuklidsaustritt wird immer eine Kombination von mehrere Ereignisse sein
wie z.b. eine Permeabilitätserhöhung durch Konvergenzbewegungen mit tiefe
Permafrost-Spalten oder mit Laugeneinschlüssen im Hauptanhydrit, usw.
21
Wenn man nicht davon abzubringen ist dieser Atommüll entgültig zu
Lagern, dann wäre für die Endlagerung ein wertloses Gestein unterhalb
einer wasserundurchlässigen und erdbebensicheren, nicht von Menschen
berührter, Schicht, wie einer Ton-, oder Salzschicht, am beste geeignet
(siehe Anlage 20
).
So wie es Gas und Öl unter einer Salzschicht in 250 Millionen Jahren nicht geschafft
haben die Erdoberfläche zu erreichen, so werden die Nuklide hier auch ihre
Schwierigkeiten haben.
Zukünftige Generationen werden in wertlosem Gestein nicht nach natürlichen Ressourcen
suchen und dadurch auch nicht unabsichtlich in Kontakt mit dem Atommüll kommen!
Wenn Atommüll, trotz Warnung, im Salzgestein eingelagert
werden soll, dann ist es für eine rückholbare Lagerung erforderlich, ein neues
Bergwerk in einem, vom Gestein überlagertem, Salzkissen oder einer Salzschicht
aufzufahren. Dabei sollten die Strecken so tief wie möglich aufgefahren und die Energie
aus der Strecken- und Gebirgskühlung genutzt werden. Die Strecken sind kreisförmig mit
Naturstein-Segmenten auszubauen (siehe Abb.22). Die Durchmesser der kreisförmigen
Strecken sollten so klein wie möglich gehalten werden. So entstehen keine
Druckverlagerungen und dadurch auch keine Konvergenz.
Der Atommüll sollte in einer Art stabilem Rohr gelagert werden, dessen spezifisches
Gewicht (inklusive Inhalt) gleich ist mit dem des Salzes. Hierdurch wird sich der Müll,
auch nach z.B. 500 Jahren, an der gleichen Stelle befinden und noch trocken und
rückholbar sein. Auch werden die Temperaturen im Salz wesentlich geringer sein, wegen
der großen Oberfläche und wird keine Radiolyse stattfinden, wegen der zusätzlichen
Abschirmung (siehe Anlage 5, Anlage 11 und Anlage 17).
Abb.21
Erst nachdem die vereinbarte 500 Jahre, für die Möglichkeit der Rückholbarkeit, vorbei
sind, darf das Rohr, geschwächt durch Korrosion, zusammengedrückt werden.
Die Zeit wird Zeichen dass eine Rückhohlbahre Lagerung in der Praxis nicht funktioniert.
Die Erfahrungen in der Asse II und WIPP sind extrem negativ, obwohl man hier mit
Fahrzeugen bis an die Einlagerungskammern fahren kann. In der WIPP traut man sich
nicht das explodierte Fass zu bergen für eine lehrreiche Untersuchung, obwohl der
Einlagerungskammer noch offen ist und es sich hierbei nur um schwach- bis
mittelradioaktives Material handelt.
22
Für die Endlagerung im Salzgestein sollte schwerer hitzeerzeugender Atommüll so
eingebracht werden, dass er in das leichte und weiche Salz bis zur Salzliegenden absacken
kann.
Abb.22
Auf jeden Fall sollte der Müll im Salzgestein auf dem Salzliegenden (Rotliegenden) seine
letzte Ruhestätte finden! Nur hierdurch kann im Salzgestein vermieden werden, dass
zukünftige Generationen unbeabsichtigt Kontakt mit dem Atommüll machen.
Besser währe es die Abfälle in ein werdloses Gestein, einige Kilometer unterhalb des
Grundwassers mittels Bohrlöcher zu Lagern. Also, unterhalb von sedimentären Schichten,
dort wo das kristalline Gestein oder das Grundgebirge auf weniger als -3000 m erreichbar
ist. Zum Beispiel für Nord Deutschland, trotz schwer nachvollziehbare behördliche
Bedenke, unter der Nordsee mittels minimal 5 bis 6 km tiefe Bohrlöcher! Hierdurch wird
die Bevölkerung nicht strapaziert und werden bei eventuelle Einlagerungsfehler keine
Landstriche kontaminiert. (siehe Abb. 22 und 23 und Anlage 19 a )
Abb.23
23
Abfällen sind nicht mehr benötigte Überreste. Dies kann man bei wärme produzierende
Atommull in Frage stellen. In einige hundert Jahren wird der Atommull interessant werden
wegen den Spaltprodukten des Atommülls wie Rhodium, Ruthenium, Zirkon, Molybdän,
Palladium oder Seltene Erden (siehe Anlage 10). Vielleicht funktioniert im Zukunft eine
Partitioning und Transmutation ( P&T) des Abfalls um Energie und werdvolle Elementen
zu gewinnen und das Gefahrenpotential des Restmulls zu reduzieren auf eine
überschaubare Zeit, ohne hierdurch auf Schleichwegen eine neue Runde Atomenergie zu
starten. Die Lagerung sollte deswegen rückholbar sein. Außerdem sollte Fehler
Korrigierbar sein!
Abb. 24 Rückholen: Überbohren, Packen und Hochziehen.
24
Vorschlag zur Zwischenlagerung:
Bis die technische Entwicklung für diese oder andere Lösungen so weit ist, hat jedes Land
für eine ordentliche rückholbare Lagerung zu sorgen. Diese soll für einige hundert Jahre
unverwüstlich- und für Neutronenstrahlung und seinen Aktivierungsprodukten
undurchlässig sein
Hierzu ist eine leicht ansteigende Strecke, vom Tal aus, in ein standhaftes Gebirge
aufzufahren. Oben, am Ende dieser Strecke, wäre dann der Atommüll in wasserdichte
Kammern zu Lagern (Stabile Strecke in flexibeler wasserdichtes Bitumen). Eventuell
dennoch eindringendes Wasser läuft selbständig aus dem Lager. Kühlung erfolgt, solange
erforderlich, durch eine Bewetterung mittels unbegehbarer Bohrungen. Die Kühlung der
Abwetter erfolgt durch Wärmetauscher um zu verhindern das aktivierten Teilchen in die
Biosphäre gelangen. Im Not, bei Stromausfall, wird automatisch auf eine natürliche
Bewetterung umgeschaltet, sowie jetzt in Zwischenlager üblich ist. Sobald der Atommüll
weit genug abgekühlt ist, werden die Bohrlöcher von Übertage aus zubetoniert. Der Müll
bliebe Trocken, die Anlage ist Wartungsfrei. Unerreichbar für unerwünschten Personen
oder Gegenständen! Der Atommüll wäre, falls gewünscht, in ferner Zukunft nach
Sprengung des Eingangs, jederzeit rückholbar. Alles alt bewehrter Technik!
Abb.25
25
Anlage 1a
Nach oben
(Siehe Anlage 19-a für die amerikanischen Anforderungen)
Anlage 1b
Nach oben
Anlage 1c
Nach oben
26
Anlage 2 Hohlraumvolumen
Hohlraumvolumen in der Asse II: Carnallit 1 Mio. m³+ Jüngeres (Leine-)
Steinsalz 3,4 Mio. m³+ Älteres (Staßfurt-)Steinsalz 0,5 Mio. m³ =
Zusammen 4.900.000 m³ plus der Tiefenaufschluss, wovon gut drei
Millionen Kubikmetern noch wirksam sind.
Hohlraumvolumen in Gorleben: Infrastrukturbereich 110.000 m³+ Bunker
10.000 m³+ Einlagerungsfelder 572.180 m³ = Zusammen 692.180 m³ plus
der Erkundungssohle.
Nach oben
Anlage 3a Kaltzeiten
Nach oben
27
Anlage 3b Eiszeitliche Rinnen
28
Teilweise aus: Standortbeschreibung Gorleben der BGR, Teil 2 Seite 132
Nach oben
29
Anlage 4
Permafrost-Spalten
Das Aufreißen von klaffenden Brüchen im höheren Teil von Salzkörpern als Folge der
Einwirkung von Wasser (Hydrofrackrissen) oder des Permafrostes während des Pleistozän
und ihre spätere Verfüllung mit pleistozänem Lockermaterial ist von Bauer (1992)
nachgewiesen worden. Nach Bauer entstanden die kryogenen Klüfte und Risse unter dem
Permafrost vom Salzspiegel aus beginnend und in die Tiefe fortschreitend durch die
Kontraktion des Steinsalzes. Wässer aus dem Deckgebirge drangen in die Klüfte und Risse
ein. Bei Wiedererwärmung dehnte sich das Salz aus und drückte die Wässer entweder zum
Salzspiegel zurück oder schloss sie in den verheilten Klüften ein (Delische und Dumke
1996). Man kann davon ausgehen, dass die Salzstock-Dachlagen bis in eine Tiefe von 400
m unter der Quartärbasis durchaus solchen Permafrost-Beanspruchungen ausgesetzt
gewesen sein könnten. Im Deckgebirge des Salzstocks Gorleben liegt die Quartärbasis bei
-300 m. Zählt man die 400 m hinzu, könnten im theoretisch möglichen "worst case" die
vom eiszeitlichen Dauerfrostboden ausgehenden kryogenen Klüfte und Risse im Salzstock
Gorleben bis zu einer Tiefe von -700 m und somit bis in den oberen Teil der sogenannten
Salzschwebe hinabreichen. Dabei handelt es sich um die 300 m hohe SteinsalzSicherheitszone über dem Endlager. Gorleben wurde mit dem Auffahren des Schachts 2
eine vertikale ca. 59 m lange Permafrostspalt angetroffen (Siehe VSG AP2 Seite 88).
Nach oben
30
Anlage 5a Salzstock und Salzspiegel
Hauptanhydritschicht in Gorleben
Nach oben
31
32
Anlage 5b
Kondensatzutritt
http://www.grs.de/publication/grs-285-vsg-kohlenwasserstoffvorkommen-gorleben
Erdöl austritt
Gasmessung
Nach oben
33
Anlage 5c Offene lösungserfüllte Klüfte (aus Standortbeschreibung Gorleben Teil 3, Seite 25 und 183)
Nach oben
34
Anlage 5d
35
Das Salz in Gorleben hatte immer wieder Kontakt mit der Meeresboden und ist in der
Kreide sogar ausgelaufen, wie jetzt in Iran der Fall ist, wodurch der Überhang entstand.
Salzgletscher im Zāgros-Gebirge (Iran)
Doch auch in Mitteleuropa hat es in der jüngsten erdgeschichtlichen Vergangenheit
Bedingungen gegeben, unter denen ein höherer Aufstieg der Salzstöcke als heute möglich
war. Das geschah unter den subpolaren Klimabedingungen in den quartären Kaltzeiten, als
Dauerfrostboden im Umland der Gletscher eine Grundwasserneubildung verhinderte, weil
Wasser nicht versickern konnte. Damals hoben viele Salzstöcke ihre gefrorenen
Deckschichten an und verursachten Aufbeulungen an der Erdoberfläche. In den
Warmzeiten wurde das Salz verstärkt gelöst. Dabei entstanden so genannte
Subrosionssenken an der Erdoberfläche, weil Deckschichten und Gipshut nachsackten.
Aus: http://www.castor.de/material/buecher/grimmel/kreislaeufe.html
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36
Anlage 6
Bewegungen im Salzgestein durch unterschiedliche Spezifischen
Gewichten.
Modeling the influence of sinking anhydrite blocks on salt diapirs
targeted for hazardous waste disposal
http://geology.gsapubs.org/content/29/5/387.abstract
Due to the low permeability and high ductility of rock salt, many salt diapirs, such as those in Germany and the
Netherlands, are targeted as long-term repositories for disposal of high-level radioactive and chemical wastes. Geophysical
and subsurface data show that the Gorleben salt diapir, which is one of the most extensively investigated diapirs in the
world, and other salt diapirs of the Zechstein Formation in Germany contain large blocks (80 m thick) of high-density
anhydrite inclusions. ……….
Geophysikalische und Untergrund-Daten zeigen, dass der Gorleben Salzstock, eine der
am besten untersuchten Diapire der Welt ist und andere Salzstöcke der ZechsteinFormation in Deutschland, große Blöcke (~ 80 m dick) aus High-Density-Anhydrit
Einschlüsse enthalten. Ergebnisse der physikalischen und numerischen Modelle, hier
vorgestellt, zeigen, dass solche freistehenden, High-Density-Blöcke, die zu einem
früheren Zeitpunkt nach oben mitgerissen wurden um in den späten Stadien der diapiric
Evolution tendenziell zu sinken, wenn die Rate der diapiric Anstiege verlangsamt.
Während ihrer Wanderung formen diese hochdichten Blöcke Falten und schaffen
Scherzonen im unmittelbaren Kontakt mit dem Salz.
Die absteigenden Blöcke initiieren sekundäre interne Strömung innerhalb der
Salzstöcke, die sonst als tektonisch inaktive bezeichnet werden, würden und können
eine beliebig gebaute Lagerstätte innerhalb solcher Salzstöcke verformen.
Und dass, obwohl der Unterschied in den spezifischen
Gewichten langst nicht so groß ist, wie bei wärmeerzeugendem
Atommüll und Salz!
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37
Anlage 7 a
Lauge und Gasbewegungen durch eine Temperatur Gradient im
Salzgestein.
http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=hans%20neltrup%20heat%20gradient&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0CDMQFjAA&url=http%3A%2F%2
Fwww.risoe.dk%2Frispubl%2Freports_INIS%2FRISOM2260.pdf&ei=AFFgUYKGDIiptAaS2IDAAQ&usg=AFQjCNHZvTHziKqjEwKLUSCRs61JsoI
cbw&cad=rja
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38
Anlage 7 b Salzstock Mors wurde in Dänemark abgelehnt!
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39
Anlage 8 Durchlässigkeitseigenschaften des Salzgebirges
Untersuchungen zur Barriereintegrität im Hinblick auf das Ein-Endlager Konzept.
(Institut für Gebirgsmechanik Leipzig 2007, Forschungsvorhaben SR 2470)
http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCsQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.gorlebendialog.de%2Ffileadmin%
2FDaten_GD%2FDokumente__PDFs_%2FBerichte%2FUntersuchungen%2520zur%2520Barriereintegrit%25C3%25A4t%2520im%2520Hinblick%2520auf
%2520ein%2520EndlagerKonzept.pdf&ei=75S1UaX6JsqShgeLxYHwAg&usg=AFQjCNE80KAP8_WzkKmZ0pO6fXBphrcMVA&bvm=bv.47534661,d.ZG4
„In der Nachbetriebsphase eines Endlagers für radioaktive Abfälle in tief liegenden
geologischen Gesteinsformationen kommt es über die Zersetzung organischer Substanzen und
chemische Reaktionen zwischen Feuchtigkeit und metallischen Komponenten sowie Radiolyse
zur Gasentwicklung. Diese kann nach Ausweis internationaler Studien im zeitlichen Verlauf zu
einem Gasdruckanstieg führen.
Am BfS-Versuchsstandort im esco-Steinsalzbergwerk Bernburg wurden im
geschichteten Leinesteinsalz mit einer Permeabilität von 10-23 m² in einer Teufe von 540
m Gasinjektionstests durchgeführt.
registriert. (Das hörbare Brechen des Salzgesteins wird als Ereignis bezeichnet, hier Blau dargestellt)
Die Vermutung, dass diese Ereignisse durch den bergmännischen Betrieb hervorgerufen
werden, kann ausgeschlossenen werden,.....“
Sehend blind (Niederländischer Spruch) bedeutet, dass Sie nicht verstehen, was sich vor
Ihren Augen abspielt. Es ist die Überlappung von Druckwellen die hier zu einem
Schwerpunkt der Kateklasenbildung führt und damit die Permeabilität des
Salzgesteins erhöht.
40
Beim Überschreiten der wirkenden Gebirgsspannung wurde ein Gasdurchbruch
beobachtet, der zu einem Abströmen von Gas ins Salzgebirge führte. Hierbei
ist bemerkenswert, dass während der Druckbelastung niemals
mikroakustische Ereignisse gemessen wurden, die Hinweise auf ein
rupturelles (Riss) Gasfrackereignis liefern würden.
Das Salzgestein ist schon gefrackt und ist hierdurch unter Druck
auch bei einer Permeabilität von nur 10-23 m² Wasser und
Gasdurchlässig!!
Nach oben
Anlage 9 Fracking und Gebirgsspannung.
Der Druck die man braucht um ein Gestein auf einer gewissen Tiefe zu Fracken ist der
Unterschied zwischen der lithostatische (Gesteins) Druck und der hydrostatische (Wasser)
Druck plus 10% (Aktivierungs- Überdruck). Für vorbelastetes Gestein (in Bergwerken)
ist der Frackdruck der Unterschied zwischen der lithostatische Druck und der
hydrostatische Druck!
Da im Salzgestein keine hydrostatische druck vorhanden ist, ist der Frackdruck gleich
hoch wie der Gebirgsdruck!
In Kavernen wird, im Gegensatz zu Hohlräumen in Bergwerken, ein Gegendruck durch
das Speichermedium auf das Salzgestein ausgeübt, dass annährend so hoch ist wie der
Gesteinsdruck. Hierdurch werden Konvergenzbewegungen weitgehend verhindert. Aber
der Innendruck der Kaverne darf an keiner Stelle den dort herrschenden
Gesteinsdruck überschreiten, weil sonst das Medium entweicht!
Nach einem druckdichten Verschluss des Kavernenhalses bei einer Stilllegung steigt infolge der
Konvergenz der Innendruck immer weiter an und wird im Verschluss-Bereich irgendwann größer als der
herrschende lithostatische Außendruck. Ab diesem Moment wird im Kavernendach die Sole durch die
fortschreitende Konvergenz ausgepresst. Möglich ist dass durch die sekundäre Permeabilität durch MicroRissen als Folge von Druckwellen die entstanden bei der Erstellung des Hohlraumes.
41
https://www.google.com/search?q=sngasendlager.pdf&hl=de#
Ein hydraulischer Druck, in z.b. 5.000 Meter Tiefe, erzeugt im Bereich der Lagerstätte im
Gestein einen Riss von bis zu wenige 100 Meter Länge und wird mit einem Stützmittel
gefüllt. Die Frac-Breite beträgt im Schnitt weniger als 1 Zentimeter. Die Höhe des vertikal
erzeugten Fracs kann zwischen 30 und 80 Meter variieren. Die Ausdehnung des Fracs
beträgt (von der Bohrung gesehen) in jede Richtung bis zu 150 Meter – insgesamt also bis
zu 300 Meter.
Der hydraulische Druck ist hierbei kaum höher als die hier vorhandene Gebirgsspannung!
Gorleben: Gebirgsspannungsuntersuchungen in den Schächten S1 und S2
Nach oben
15 MPa=153 kg/cm²=150 Bar
42
Anlage 10
Atommüll als Rohstofflagerstätte.
Die Spaltprodukte des Atommülls enthalten in einigen 100 Jahren wertvolle Erze.
Rhodium (teuerster Stoff der Welt, 9700 US-Dollar pro Unze), Ruthenium, Zirkon,
Molybdän, Palladium. (3,8 kg Pd pro t und 925 US-Dollar pro Unze), Seltene
Erden und andere Mineralien können dann kostengünstig gewonnen
Is
werden. Oder man findet ein Weg dies zu Beschleunigen:
Nuclear Waste Really Waste?
Spallation
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Anlage 11 Laugezuflüsse durch wärmeerzeugende Atommullbehälter.
1) Morsleben: Der Versuch im UMF wurde mit 280 W thermischer Leistung
durchgeführt und 5 ml Wasser wurde in ein Jahr, auf fraglicher Weise,
aufgesammelt.
2) Asse II:
8 ml/Tag bei 9000 W ergibt 2,9 l/a mit 0,01 bis 0,05 % Porosität
3 ml/Tag bei 5400 W ergibt 1,1 l/a
4 ml/Tag bei 3960 W ergibt 1,5 l/a (siehe Anlage 12)
3) WIPP USA: 68 ml/Tag bei 1500 W ergibt 24,7 l/a mit 0,05 % Porosität
Preliminary results of brine migration studies in the Waste Isolation Pilot Plant
(WIPP) Carlsbad, ew Mexico USA
http://www.osti.gov/energycitations/product.biblio.jsp?osti_id=5665618
Experiments to quantify brine migration in multiheater, full-scale tests simulating
repository environments have been underway in the Waste Isolation Pilot Plant since
April, 1985. The brine migration experiments are part of near field effects/waste
package performance tests that simulate near-reference repository conditions (18
W/m/sup 2/ thermal areal loading with 470 W per canister) for defense high-level
waste (DHLW) in room A1 and near-field overtest conditions (1500 W per canister)
in room B. After 321 days, 22.0 kg and 19.7 kg of water had been collected from
heated boreholes B041 and B042 in room B. Heated boreholes A1041 and A1042 in
room A1 had yielded 1.8 kg and 1.6 kg after 162 days.
These quantities of water are larger than our estimates for a hypothetical repository
array of 2.16 kW canisters based on previous small scale test data and mechanistic
brine transport models.
They are also significantly larger than the quantities of brine that were reported for
brine migration experiments in the Asse Mine of the Federal Republic of Germany.
In Gorleben haben die Castoren aber mehr als 5-mal soviel
Leistung nämlich 7900 Watt!! und da sollen die Behälter trocken
gelagert bleiben??
43
Behälterleistung
(GRS: Vorläufige Sicherheitsanalyse AP6, Seite 45)
Die Behälterleistung liegt für die einzelnen Abfalltypen bei einem für alle nahezu
gleichen Wert von ca. 7,9 kW, womit die Auslegungstemperatur von 200 °C
eingehalten wird.
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Anlage 12
Temperaturversuch auf der Asse II in 1980
44
Wasserdampfdruck
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45
Anlage 13
Will Salt Repositories Be Dry?
John D. Bredehoeft
Data from the Waste Isolation Pilot Plant
Data from the Waste Isolation Pilot Plant (WIPP) site in southeastern New Mexico suggest an alternative
hypothesis to the widely held view that salt in a geologic environment below the water table is "dry" and
impermeable. The alternative is that the salt section, which for the most part is of low permeability and
low porosity, is saturated with brine. The implication of this hypothesis is that a repository in salt will fill
with brine once the ventilation of the facility ceases to remove moisture. The rate of inflow to the facility
will depend on the permeability of the salt. Data from the WIPP facility suggest an undisturbed salt
permeability of 10 nanodarcies (0,01 microdarcies). Given such a low permeability, the rate of brine
inflow to an underground facility will be quite low, of the order 0.01 L/day/m of tunnel. At a permeability
of 1 microdarcy (10–18 m²), the calculations indicate a range in influx from approximately 1 L/day/meter
of tunnel to a rate that stabilizes at 0.3 L/day at a period of about 100 years. If we assume a tunnel volume
of 20 m 3 (4 x 5 x 1 m) or 20,000 L, it would take approximately 5 0 -100 years to fill the tunnel
(assuming that the tunnel remained undeformed and at atmospheric pressure). As we reduce the
permeability by an order of magnitude, the rates of influx also decrease by an order of magnitude. At a
permeability of 10~7 darcy, it takes approximately several thousand years for the rate to stabilize at 0.03
L/day. At 1-8 darcy, the inflow rate at an early time, ~ 1 year, is of the order of 0.02 L/day. At this low
permeability the rate stabilizes at 0.003 L/day/m of tunnel, at about 30,000 years. At this low rate, it
would take several thousand years to fill the initial void space with brine. Of course the problem is more
complex, since the tunnel is also deforming plastically at the same time.
Eine Erklärung über das erscheinen von Laugepfützen in alte
unbewetterten Grubenbereichen!
Ausblühung in der Streckenwand
Wasser im Streckenuntergrund
WIPP USA: MgO is a granular material placed in thin supersacks on top of the waste that are supposed
to break as the ceiling creeps in after panel closure, letting the MgO fall around the waste to act as a
sorbent to any water and CO2 in the room over time. It also forms a strong sorrel cement when if
contacted with brine, and sorbs plutonium really well. http://www.wipp.energy.gov/library/CRA/CRA2014/CRA/Appendix_MgO/Appendix_MgO.htm
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46
Anlage 14 Kristallwasser Freisetzung
(GRS: Vorläufige Sicherheitsanalyse AP6)
Die thermische Auslegung von max. 200 °C erfolgt auf der Basis einer Grenztemperatur
von 167 °C für Kalisalz und von 200 °C für Steinsalz. Der Wert von 200 °C für Steinsalz
ist ein Auslegungswert und hat nicht den Charakter eines Bemessungswertes
Polyhalit (K2Ca2Mg[SO4]4•2H2O) beginnt ab ca. 230 °C Kristallwasser freizusetzen.
Carnallitit (KMgCl3·6H2O) zersetzt sich in Abhängigkeit vom Wasserdampfpartialdruck
und der Temperatur. Für ein vollständig eingespanntes und porenraumfreies System liegt
der Schmelzpunkt bei 167,5 °C.
Nach oben
Anlage 15 Radiolyse
http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-13497223.html
Zudem sei längst erwiesen, sagt Geomorphologe Eckhard Grimmel von der Hamburger Universität, dass
Salz "wegen seiner geringen physikalischen und chemischen Stabilität als Lagerstätte gar nicht in Frage"
komme.
Forschungsergebnisse aus den Niederlanden und Erfahrungen in den USA mit der Deponierung von
Atommüll im Salzstock geben dem Wissenschaftler Recht. Seine Einwände hatte Grimmel im Frühjahr
1988 auch schon vor dem Bundestagsausschuß für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
vorgetragen - vergebens.
Wissenschaftler vom Institut für Feststoffphysik der niederländischen Universität Groningen hatten
herausgefunden, dass Steinsalz durch Einwirken von Gamma-Strahlen in Natrium und Chlor zerfällt. Der
Prozess, Radiolyse genannt, könnte für die Sicherheit des Salzstocks und der eingelagerten Behälter
unabsehbare Folgen haben. Bei einer Reaktionsumkehr, bei der sich das Metall und das Gas wieder
verbinden, sind Explosionen und Temperaturen bis zu 5000 Grad Celsius die mögliche Folge. Ähnliche
Katastrophen könnten ausgelöst werden, wenn das Natrium mit Wasser in Berührung kommt.
Grimmel: "Die heiße Lauge oder Salzlösung würde dann die Stahlcontainer und die darin enthaltene
Abfallmixtur wohl in relativ kurzer Zeit zerstören. "Befürworter der Endlagerung im Salz argumentieren
zwar, es sei höchst unwahrscheinlich, dass es zu solchen Schreckensszenen komme (wegen das Fehlen
vom Wasser). Doch aus den USA werden alarmierende Vorfälle in einem Salzschicht im Waste Isolation
Pilot Plant (WIPP) geschildert. Dort wurde die Inbetriebnahme des einzigen unterirdischen AtommüllLagers immer wieder verschoben, weil gravierende Sicherheitsbedenken aufgetaucht waren. Unter
anderem sickerten unerwartet große Mengen Salzwasser in den Salzschicht bei Carlsbad, New Mexico.
Roger Anderson, Geologieprofessor an der University of New Mexico, meint, daß die Endlagerung im
Salz nach diesen Erfahrungen "out" ist. Dort passiere, so Anderson, "alles, was man eigentlich vermeiden
will".
Deshalb ist es so wichtig zu verstehen wie die
Salzmechanik funktioniert!
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47
Anlage 16 Radiolyse
Strahlenschadenbeurteilung der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit
(GRS) und des Zernike-Instituts der Universität Groningen.
Joachim Gruber
http://www.acamedia.info/sciences/J_G/strahlenschaeden_in_nacl.htm
Lagert man hochradioaktiven Abfall in Salzgestein (NaCl), so wird dort der größte Teil seiner
radioaktiven Strahlungsenergie in Wärme umgewandelt. Gegenstand dieser Abhandlung ist der Rest der
Strahlungsenergie. Er schädigt das NaCl-Gitter so stark, daß nicht nur Kristallgitterfehler, sondern sogar
elementares Natrium und Chlor entstehen (Radiolyse). Dieser Teil der Energie wird im Kristall
gespeichert. Das Ausmaß der gespeicherten Energie und wann und wie sie wieder freigesetzt wird, ist für
die Isolation des hochradioaktiven Abfalls von Bedeutung und Gegenstand kontroverser
wissenschaftlicher Diskussionen. Die Vorgänge bei der Speicherung der Strahlungsenergie sind
experimentell nicht direkt zugänglich, weil (a) sich die Energie über Jahrtausende im Steinsalz (NaCl)
ansammelt, und (b) die Wirkung der Strahlung auf das NaCl-Kristallgitter experimentell im Zeitraffer
nicht exakt nachgestellt werden kann. Man schädigt nämlich den Kristall im Labor weniger als im
Endlager, wenn man ihm in Monaten oder Jahren dieselbe Strahlungsenergie zufügt, wie er im Endlager
in den Jahrtausenden erhält. Die Strahlenschädigung nimmt bei gleicher eingebrachter Energie (Gy) mit
steigender Bestrahlungsintensität (Gray/h) ab, und man kann heute noch nicht ausrechnen, um wie viel sie
abnimmt. Als erste, recht unzuverlässige Annäherung an das Problem, verwendet man bei
Zeitrafferexperimenten einen Korrekturfaktor F.
Die Anwendung des Korrekturfaktors teilt die wissenschaftliche Welt z. Zt. in zwei Lager:
Lager 1: Die Wirkung der spontanen Entladung der gespeicherten Energie schätzt das nukleare
Establishment ab, indem es diese "konservativ" abgeschätzte gespeicherte Energie über das bestrahlte
Steinsalzvolumen mittelt. Um den Sicherheitsabstand zum Zusammenbruch des Abfalleinschlusses im
Salz abzuschätzen, zieht man Erfahrungen heran, die z.B. im Projekt Plowshare gemacht wurden. Dort
hat man nukleare Sprengsätze in Salzdomen gezündet und festgestellt, daß jenseits eines Radius von
einigen zehn Metern um das Detonationszentrum das Salzgestein offenbar unbeeinträchtigt blieb. (Die
erste Testexplosion im Rahmen der Operation Plowshare fand Ende 1961 nahe Carlsbad in New Mexico
statt. Dabei wurde eine Bombe mit einer Sprengkraft von drei Kilotonnen TNT-Äquivalent gezündet.
Dies geschah in einem Steinsalzgebiet 360 Meter unter der Oberfläche, wobei eine runde 52 Meter große
und 25 Meter hohe Aushöhlung entstand).
Lager 2: Die Entladung der Energie stellt sich Lager 2 über eine Schockwelle (shock wave) vor: Es
bilden sich Porenkeime, wenn sich ausdehnende Na-Kolloidbereiche mit sich aufblähenden Cl2-Blasen
chemisch zu NaCl-Molekülen (im Gegensatz zum NaCl-Kristall) reagieren. Anschließend wachsen die
Keime zu Poren. Die wachsenden Poren sammeln Cl2-Blasen in sich auf. Sobald die Cl2-gefüllten Poren
groß genug sind, entwickelt sich in ihnen explosionsartig ein Überdruck bei Kollisionen mit NaKolloiden (weil die Bildung von NaCl-Molekülen heftig unter Wärmeentwicklung abläuft). Der
plötzliche Druckaufbau in einzelnen Poren pflanzt sich in Form von kohärenten Schockwellen ("shocks")
durch den Kristall fort. Das könnte zu makroskopischen Rissen führen. Bei ihrer Wanderung durch das
mit Energie aufgeladene Steinsalz löst die Wellenfront die Entladung der Energie aus. Die freiwerdende
Energie ist also auf die Wellenfront beschränkt. Ob die Isolation des hochaktiven Abfalls in diesem Fall
noch gewährleistet bleibt, ist -nach meiner Einschätzung- nicht geklärt worden.
Während also Lager 1 die Isolation des Abfalls als gegeben ansieht, weist Lager 2 auf Widersprüche und
Probleme hin, welche Lager 1 nicht lösen kann.
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48
Anlage 17
eutronenstrahlung
In ausgeprägtester Form findet man das bei den Spaltprodukten der Kernspaltung.
Das radioaktive 137Cs besitzt 55 Protonen und 82 Neutronen. Das stabile 133Cs besitzt auch 55 Protonen,
aber nur 78 Neutronen. Das radioaktive 137Cs hat gegenüber dem stabilen 133Cs somit auch einen relativen
Neutronenüberschuss von 4 die als schnelle Neutronen abgestoßen werden.
Das besondere an dieser Art der Strahlung ist, dass eutronen die umschließende Castorhülle
durchdringen können. Aber nicht nur das! Diese eutronen können andere Materie radioaktiv
machen. Man nennt das auch “ eutronenaktivierung.” Mit anderen Worten: Es entstehen neue
radioaktive Stoffe, wo vorher keine waren. Abschirmungen gegen Neutronenstrahlung wirken im
Grunde nur durch eine Kombination mehrere Materialien. Wasser allein macht die Neutronen nur
langsamer – und schädlicher. Diese langsamen „thermischen“ Neutronen können eingefangen werden und
verändern dadurch z.b. Bor in Lithium und Helium. icht zu vergessen ist, dass eutronenstrahlung
immer auch mit der Entstehung von Gammastrahlung einhergeht, die ihrerseits abgeschirmt werden
muss, da ein Atom, was ein Neutron eingefangen hat oder berührt hat, y Gammastrahlung aussendet.
Die natürliche schnelle Neutronenstrahlung schadet menschlichen Zellen normalerweise nicht. Nach der
derzeit vorherrschenden These wird sie erst dann schädlich, wenn die schnellen Neutronen beim
Durchdringen von z.b. Wasser abgebremst werden. Als sogenannte „thermische“ Neutronen treffen sie
nun auf den menschlichen Körperzellen. Hier wird ein Atomkern zerstört. Die dabei freigesetzten
Alphastrahlung, Betastrahlung und Gammastrahlung zerstören nun weitere Körperzellen.
Die Äquivalentdosis berechnet man aus der Energiedosis (J/kg), die in einem genormten Phantom
gemessen wird, multipliziert mit einem dimensionslosen Qualitätsfaktor (Strahlenwirkungen). Sie wird in
der Einheit Sievert (Sv) angegeben. Bereits seit 1991 empfiehlt die Internationale Strahlenschutzbehörde
(ICRP) für Neutronen einen Qualitätsfaktor von 20 statt 10. Dies hat sich mittlerweile in einer
entsprechenden EU-Richtlinie niedergeschlagen, die jedoch in Deutschland bislang nicht umgesetzt
worden ist! Bei uns wird die Strahlung weiter nach den alten Maßstäben bewertet! Nach Prof. Horst Kuni
sollte der Neutronen-Qualitätsfaktor aber mindestens 300 sein!
49
Neutronen besitzen keine Ladung und benötigen daher keine Energie um in den Targetkern zu gelangen,
so dass Neutronen aller Energiegruppen (schnelle eutronen mit einer Neutronenenergie En > 10 keV
bis 20 MeV mit einer Geschwindigkeit von 44.000 > bis 62.000.000 m/s, intermediäre eutronen mit
En = 0,4 eV.bis.10 keV oder thermische eutronen mit En < 0,4 eV mit einer Geschwindigkeit von <
4.400 m/s) Kernreaktionen auslosen können. Der freie Zustand des Neutrons – und somit die
Neutronenstrahlen – endet in materieller Umgebung nach kürzester Zeit fast immer in einer solchen
Einfangreaktion; nur sehr wenige Neutronen "erleben" ihren Lebensdauer von knapp 15 Minuten.
(n,y) bedeutet dass ein Atom ein Neutron eingefangen hat und ab jetzt y Strahlung aussendet.
✂
Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von solchen Reaktionen ist den Aktivierungsquerschnitt A
(Wirkungsquerschnitt eines Atomkerns). Da Neutronen ungeladen sind, können sie nur durch die starke
Wechselwirkung (eine der vier Grundkräfte der Physik) absorbiert werden. Das ist viel einfacher bei
einem Neutron, das sich langsam bewegt, da dieses sich „längere Zeit“ in der Umgebung des Kernes
aufhält. Kommt ein sehr energiereiches, d.h. schnelles Neutron, in die Nähe eines Atomkerns, so ist es
nicht gewiss ob die starke Wechselwirkung ausreicht, um der großen Geschwindichkeit dieses Neutrons
zu trotzen und es einzufangen. Neutronen mit Energien von 10 keV bis 20 MeV werden in den meisten
Fällen deshalb gar nicht absorbiert, sondern fliegen entweder an ihm vorbei oder prallen von ihm zurück)
In eine normale materielle Umgebung freigesetztes Neutron (auch in Luft) wird meist in SekundenBruchteilen wieder von einem Atomkern absorbiert, „erlebt“ seinen Zerfall von knapp 15 Minuten also
nicht.
Aktivierung ist die Umwandlung stabiler in instabile, radioaktive Stoffe (Radionuklide) durch
eutronenbestrahlung.
50
In den meisten Fällen erfolgt die Aktivierung durch „Abbremsung“ der von den Quellen emittierten
energiereichen (schnellen) Neutronen durch Stoßprozesse mit leichten Kernen (H, D oder C) aus
folgenden Gründen:
1.) Sie haben ein sehr kleines Atomgewicht und übernimmt deshalb bei jedem Stoß möglichst viel
Energie.
2.) Sie haben einen sehr kleinen Aktivierungsquerschnitt für den Einfang von Neutronen.
Als sogenannte Moderatorssubstanzen (Abbremsmedium) dienen Wasser, schweres Wasser,
Polyethylene, Graphit oder Paraffin (im Prinzip ist das Kerzenwachs).
z.B.:
1) Natürliches Natrium (z.B. in Salzgestein Natriumchlorid NaCl) besteht aus dem stabilen Isotop mit der
Massenzahl 23 (Na-23) und wird durch Neutronenbestrahlung in das radioaktive Natriumisotop mit der
Massenzahl 24 (Na-24) umgewandelt (aktiviert). Dieses zerfällt mit einer Halbwertszeit von 15 Stunden
in das stabile Magnesiumisotop mit der Massenzahl 24 (Mg-24). Bei diesem Zerfall werden
Betastrahlung und Gammastrahlung ausgesandt was wiederum Radiolyse zur Folge hat.
2) Direkt an der Außenhaut von CASTOREN ist ein erheblicher Neutronenfluss mit einem hohen Anteil
thermischer Neutronen festgestellt worden. Die Intensität dieser thermischen Neutronen reicht aus, um
auf der Außenhaut adsorbierte Ionen, Atome und Moleküle mittels einer (n,Gamma)-Reaktion zu
aktivieren.
Dieser Neutronenstrahlung kann in Luft sowohl N, O wie Ar aktivieren. Auf der Erdoberfläche ist Ar
durch seine kurze Halbwertzeit am gefährlichste.
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51
Anlage 18
eutronenstrahlung
Prof. Rolf Bertram
Wichtige Effekte von eutronenstrahlung sind bisher unberücksichtigt.
Im Salz von Atommüll-Endlagern und im Glas von Atommüll-Kokillen werden durch radioaktive
Strahlung Materialveränderungen und Materialzerstörungen auftreten, deren Auswirkungen bisher kaum
diskutiert wurden.
Dabei spielt auch die Neutronenstrahlung eine bisher nicht berücksichtigte Rolle. In den Glaskokillen
werden durch radioaktive Strahlung Materialveränderungen und Materialzerstörungen auftreten. Diese
Auswirkungen sind bislang ebenso wenig diskutiert, wie der Einfluss der Strahlung auf das
Endlagermedium Salz.
Die Auffassung des BFS, alle Strahlungseffekte im Salz sei bekannt und berücksichtigt, ist eine grobe
Fehlinformation. Wahr ist, daß der größte Teil der Strahlungseffekte in realen Salzmischungen überhaupt
nicht oder nur ungenügend erforscht ist.
Das gilt besonders für kernchemische Reaktionen, die durch Neutronenstrahlung ausgelöst werden. Durch
Transmutationsprozesse (Neutroneneinfang) werden Elemente in radioaktive verwandelt.
Durch abgebremste thermische Neutronen wird eine Reihe von kernchemischen Reaktionen ausgelöst.
Die bedeutsamste Reaktion (n,y) ist die Aktivierung.
Die meisten von thermischen Neutronen getroffenen Atomkerne wandeln sich dabei in radioaktive
Isotope um. Im Salz betrifft das vorrangig die Chloratome: aus Cl-35 wird Cl-36 (betastrahlendes
Radionuklid mit einer Halbwertszeit von 300 000 Jahren). Da in natürlichen Salzlagerstätten z.T.
beträchtliche Mengen anderer Atomsorten vorkommen, unterliegen auch diese Atome der Aktivierung.
Die radiolytische Zersetzung von kompakten trockenen Salz durch Gammastrahlung, bei der neben
Chlor auch kolloidal Natrium auftritt, spielt im Vergleich eine untergeordnete Rolle
Wassereinbruch und die damit verbundene Freisetzung von Radionukliden ist nur ein, wenn auch
wesentlicher Schadensfall. Aber selbst im „wasserfreien“ Stadium ist mit erheblichen anderen
Freisetzungsmechanismen zu rechnen. Die mit hochkonzentrierten wäßrigen Salzlaugen (Q-Brines) an
spaltstoffhaltigen Gläsern durchgeführten Auflösungs- und Korrosionsexperimente reichen zur
Bewertung der Langzeitsicherung nicht aus.
Beim Vorliegen von carnallitischen Salzgemischen, wie in Gorleben, treten bereits bei Temperaturen ab
100 Grad Celsius sogenannte Hydratschmelzen auf (Carnallit=Chlorkalium 27%,Chlormagnesium
34%,Wasser 34%. Häufig etwas Kalium durch Natrium ersetzt. Eigenschaften: Zerfließt an der Luft,
leicht wasserlöslich, beim Betropfen damit zerlegt er sich in Chlorkalium, daß sich kristallinisch
ausscheidet und in aufgelöst bleibendes Chlormagnesium).
Im Nahbereich der im Salz eingelagerten Atommüllbehälter werden durch die Wärmeabstrahlung weit
höhere Temperaturen als 100 Grad Celsius erreicht. Das Reaktionsverhalten und das Auflösungsverhalten
dieser Schmelzen weicht von dem, der bislang untersuchten Q-Brines erheblich ab. Eine Nichtbeachtung
dieser Befunde muß zu unrealistischen Ergebnissen bei der Abschätzung von Standsicherheit und
Isolationsvermögen führen.
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Unlösbare Probleme
-Endlagerungsbedingungen für Glaskokillen sind, wenn überhaupt, nur zum Zeitpunkt der Einlagerung
und während einer kurzen Betriebszeit bekannt.
-Durch eine unübersehbare Vielfalt von chemischen, strahlen und kernchemischen Reaktionen im
Atommüll und Einlagerungsmedium wird permanent Strahlungs- und Wärmeenergie produziert.
-Das Multikomponenten-Gemisch wird daher weder in einen Gleichgewichtszustand noch in einen
stationären übergehen.
-Für heterogene Mischsysteme solcher Art existieren auch keine wissenschaftlich fundierten
Modellrechnungen.
-Vorliegende Plausibilitätsbetrachtungen und Prognosen mißachten die Komplexität, den Synergismus
(das Zusammenwirken von unterschiedlichen Stoffen, bei denen die Gesamtwirkung größer ist als die Summe der
Einzelwirkungen) und die Dynamik solcher Systeme.
Die Reichweite radioaktiver Strahlung hängt von der Strahlungsart ab (Alpha, Beta, Gamma,
Neutronen).
Ohne Abschirmung wird die eutronenstrahlung im trockenen Salz erst nach mehreren Metern
abklingen. Im feuchten Salz erfolgt durch den Wasserstoff (aus H2O) eine schnellere Abbremsung einige Dezimeter. Diesbezügliche experimentelle Untersuchungen sind mir nicht bekannt.
Die Reichweite von Gammatrahlung hängt vom Absorptionsmedium (hier feuchtes oder trockenes Salz)
und der Dosisleistung ab. Gammastrahlung von 5 MeV dringt in Wasser ca. 30 cm ein. Eindringtiefen in
Salz (feucht/trocken) sind erheblich größer. Experimentell ermittelte Werte sind m.W. nicht publiziert.
Von Alpha- und Betastrahlung wird nur die unmittelbare Umgebung – etwa 1 mm- bestrahlt, dieser
Bereich aber sehr intensiv (s.Alpha-Radiolyse). α- und β−Strahler werden erst radiolytisch wirksam,
wenn Abfallbehälter z.B durch Korrosion undicht werden und Radionuklide in das umgebende Salz
eindringen.
Die Nachbarschaft um solche durch Umwandlung entstandenen radioaktiven Isotope wird je nach
Strahlungsart und Halbwertszeit mehr oder weniger bestrahlt. Neben der direkt vom Atommüll
ausgehenden Strahlung ist also der durch aktivierte Isotope hervorgerufene Strahlungsanteil zu
berücksichtigen.
Unter Radiolyse versteht man die Zersetzung von Molekülverbindungen unter dem Einfluss
radioaktiver Strahlung.
Grundsätzlich werden durch energiereiche Strahlung alle chemischen Verbindungen gespalten, also auch
NaCl (s. den Hartog). Dazu vorliegende experimentelle Labor-Untersuchungen sind für den Realfall
Endlager kaum verwertbar. Modelle über radiolytische Prozesse sind so realitätsfern, dass die errechneten
„Ergebnisse“ völlig unbrauchbar sind.
So wird z.B. nicht berücksichtigt, dass die Radiolyse von an Salz adsorbiertem Wasser und damit auch
die Gasbildung um mehr als zwei Größenordnungen stärker ist als die Radiolyse von „freiem Wasser“.
Ähnliche Verstärkungseffekte sind auch für Kristallwasser und Salzhydrate bekannt. Insbesondere bei
Langzeitbetrachtungen ist noch zwischen Gamma- und Alpha-Radiolyse zu unterscheiden.
Alle radiolytischen Prozesse dauern so lange wie die radioaktive Strahlung anhält (s.Halbwertszeit). Über
die chemischen Folgeprozesse, die durch strahlenchemisch gebildete Primärprodukte ausgelöst werden,
ist so wenig bekannt, dass belastbare Aussagen über die Prozesse in der Umgebung korrodierender
Atommüllbehälter (Nahfeld) nicht getroffen werden können. Die Wechselwirkung zwischen den
vielfältigen Prozessen ist bis zur Stunde kaum erforscht. Auf einer solchen wackligen Grundlage von
Langzeitsicherheit zu reden ist verantwortungslos.
Radiolytische Prozesse, bei denen entzündliche, explosive und kontaminierte Gase gebildet werden, sind
für Sicherheitsbetrachtungen von besonderer Bedeutung. In Kopplung mit Korrosionsvorgängen werden
dabei mehrere Gase gebildet werden. Bei Alphastrahlung wird die Korrosionsverstärkung im
53
wesentlichen auf die Bildung von Wasserstoffsuperoxid zurückgeführt. Zweifellos spielen aber auch
andere Gase eine Rolle. Das Verhalten dieser Gasmischungen ist nur unzureichend bekannt.
Abfallbehälter, in denen flüssige oder feuchte Stoffe enthalten sind, können auch von innen korrodieren.
Über Korrosionsprozesse unter Strahlung ist relativ wenig bekannt; sicher ist, dass unter Bestrahlung die
Korrosionsvorgänge beschleunigt werden. Die Beschleunigung ist insbesondere dann erheblich, wenn die
an der Korrosion beteiligten Flüssigkeiten (z.B. Salzlaugen) freigesetzte Radionuklide (z.B.
Alphastrahler) und durch Aktivierung entstandene Radionuklide (Cl-36) enthalten. Für gesättigte
Salzlaugen (NaCl) führen die erwähnten Prozesse im Vergleich zu Wasser zu besonders starker
Gasbildung.
Die Kinetik der ineinandergreifenden Teilreaktionen ist weitgehend unbekannt. Neben Wasserstoff
entsteht u.a. auch Chlorgas. Das Gasgemisch von Wasserstoff und Chlor ist als Chlorknallgas bekannt ist.
Alle bei der Gasbildung primär entstandenen Produkte sind chemisch sehr reaktiv und sind dadurch in der
Regel Starter für eine Vielzahl von Reaktionsketten (Folge- und Verzweigungsreaktionen) im
Nahfeldbereich und darüber hinaus. Auswirkungen auf die Korrosion der Behälter sind unvermeidbar.
Das reale komplexe Reaktionsgeschehen im Nahfeld eingelagerter Gebinde ist bis zur Stunde nicht
untersucht.
Wird das radioaktive Inventar als Folge durchkorrodierter Behälter freigesetzt, entsteht durch die Vielfalt
an Radionukliden strahlenchemisch und physikalischchemisch eine neue aber noch komplexere Situation.
Verstärkung und Wechselwirkung von Gasbildungen und Korrosionsvorgängen sind unter solchen realen
Bedingungen bisher nicht untersucht. Ein Abklingen dieser Prozesse ist wegen der langen
Halbwertsszeiten und der Reaktionsdynamik erst in Jahrhunderten zu erwarten. Die in einigen
Modellrechnungen angenommenen Gleichgewichtsbetrachtungen sind völlig realitätsfern.
Resümee: Ein solches System versiegelt und sich selbst überlassen entwickelt chemisch,
strahlenchemisch und langfristig auch geochemisch eine Eigendynamik, die prinzipiell
nicht prognostizierbar, geschweige denn beeinflussbar ist. Die von der Atommülllagerung
ausgehenden Gefahren werden systematisch und gezielt heruntergespielt. Die unter dem
Einfluss der Atomlobby zustande gekommenen Gesetze und Verordnungen zur Sicherheit
und zum Strahlenschutz berücksichtigen nicht den gegenwärtigen Stand von Wissenschaft
und Technik.
Rolf Bertram, Göttingen 27.05.2013
Nach oben
Anlage 19 a
Der atomenergiefreundlichen US Atomic Energy Commission hatte die
geologischen Bedingungen an ein Endlager für hochradioaktive Stoffe folgendermaßen
beschrieben:
1)
2)
3)
4)
Mindesttiefe für das Lager 3000 Meter
in einer unbewohnten Region
ohne hohe Erhebungen in der Nähe
ohne Verbindungen zwischen den unteren Gesteinsschichten und dem Wassersystem an der
Oberfläche
5) Keine komplexen geologischen Strukturen (Falten, Spalten)
6) Keine Erdbebengefahr
7) Gewöhnliches Gestein, das wirtschaftlich bedeutungslos ist
Nach oben
54
Anlage 20 Atommull-Lagerung unterhalb einer Salzschicht mit
ausreichendem Deckgebirge, z.b. Werra-Fulda-Salzlagerstätte.
Das Verbreitungsgebiet von Steinsalz erstreckt im Westen, Norden und Osten um die
Rhön herum und in ihre Randbereiche hinein. Im Gegensatz dazu ist die zentrale Rhön
salzfrei. Nach Süden hin erstrecken sich die Vorkommen weit über das Grabfeld hinaus
bis in die Nähe von Schweinfurt. So wurden in den unterfränkischen Orten Ostheim 143 m
und Mellrichstadt 167 m kompaktes Steinsalz erbohrt. Die Gesamtfläche der
Steinsalzablagerungen in und im Umfeld der Rhön beträgt über 2.000 Quadratkilometer.
Die Salzvorkommen rund um Neuhof bei Fulda sind heute isoliert. Generell fallen die
Salzschichten von Norden nach Süden gegen die Rhön ein. Während sie im Norden, im
Bereich von Berka und Heringen im Werratal nur etwa 350 Meter unter der Erdoberfläche
beginnen, nimmt die Tiefenlage im Bereich des Kalibergwerks Unterbreizbach bis auf
etwa 900 Meter zu.
Deckgebirge
In den folgenden geologischen Perioden Trias und Jura wurden die Salzgesteine im
Bereich der Rhön von anderen Sedimentschichten überdeckt. Ein großer Teil davon ist
zwischenzeitlich wieder abgetragen worden. Während die Gesteinsbildungen aus dem Jura
komplett verschwunden sind und Keupergesteine nur noch kleinräumig vorkommen,
bedecken Gesteine aus dem Muschelkalk vor allem östlich einer Linie Marbach-HünfeldSteinbach und südlich einer Linie Steinbach-Friedewald-Vacha-Stadtlengsfeld größere
Flächen. Wo der Muschelkalk ansteht, ist er stets vom Buntsandstein unterlagert. Nördlich
und westlich der genannten Orte der bilden die in der Zeit des Bundsandstein vor 251,0 bis
vor 245,0 Mio. Jahren abgelagerte Sand- und Tonsteine alleine das Deckgebirge. Das
gegen Ende des Juras vor etwa 140 Millionen Jahren bis zu 2.000 m mächtige
Deckgebirge ist heute noch 300 bis 1.000 m stark vorhanden.
Nach oben
55
Anlage 21
Oder in ein 5-6 km tiefes Bohrloch bis in den Granit der kontinentalen Kruste. Siehe
hierzu: Fergus Gibb von der Universität Sheffield (Geological Soc. London Journal, v.
157, p. 27 – 36.) http://www.shef.ac.uk/research/impact/stories/fce/3
Nach ci-dessus
56
Anlage 22 IfG-Institut für Gebirgsmechanik GmbH, Leipzig
Nach ci-dessus
57
jhr. ir. Egbert de Beyer
.
Entlagerrelevante Gebirgsmechanik im Salzgestein . Teil 2.
Erörterung der Probleme bei der untertägige Entsorgung radioaktiver Abfälle so wie ein Vorschlag zur
sicherer Lagerung des Atommülls.
.
Keywords:
Endlager, Atommüll, Gorleben, Morsleben, Asse, WIPP, Beyer, Gesteinsmechanik, Gebirgsmechanik,
Felsmechanik, Salzmechanik
1979, Asse 2, Egbert de Beyer, Beyer, Diplomarbeit, Delft, Wendland, Bellahn, verfüllen, Füllung,
Salzbeton, Flugasche, Lauge, Laugeeinschlüsse, Salzlösungszuflüsse, , Auflockerung, Druckwelle,
Abbaueinfluss, Druckentlastung, Bruchstelle, Spalten, Trockenrisse, Klüften, Kleinstörungen, Fluten,
überfluten, Absaufen, Ersaufen, Permafrost, Tonschichten, Schmelzwasser, Eiszeiten, Rinnen, Druck,
Spannung, Zugspannungen, Salz, Salzgestein, Nebengestein, Radiolyse, Neutronenstrahlung, Salt Mine,
brine inflows, intrusion, drowning, influent solutions, liquid inclusions, filling, stuffing, salt, creep, fly
ash, caustic, repture, mud cracks, rock mechanics, soil mechanics, saline deposits, pressure, tensile
stresses, Excavation Damaged Zone, salt rock, mine flooding, permeability, uncontrollable saline solution
inflow, country rock, salt dome, salt pillows, thesis, Waste Isolation Pilot Plant, nuclear waste repository,
nuclear spent fuel, high level radioactive waste, nuclear waste, high-level waste, HLW, Germany,
steenzoutforrnatie, zoutpijlers; zoutkussens, zoutlaag, zoutkoepel, verdronken, overstroming, kernafval,
radioactief afval, opbergtechniek, Terugneembare berging, eindberging, steenzout, caverne, uitgeloogd,
carnalliet, Gesteentemechanica, drukgolf, spanning, trekspanning, breuken, microscheurvorming,
elastisch, plastisch, holruimte, galerijen, convergentie, spanningstoestand, kruip, splijting, zoutmijn,
stralingsschade, radioactief afval, hoogactief afval, ijstijd, kleilaag, afstudeer werk, Duitslandnique des
roches, le sel gemme, colonnes, fissures, zones de relâchement, cavités, déchets nucléaires, Allemagne
.
58

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