Wann hat das ENSI die Optimierung des Lagerkonzepts für das Lager für schwach- und mittelaktive Abfälle (SMA) das letzte Mal geprüft? Gibt es eine detaillierte Prüfung der SMA-Endlagerbehälter ?
Der Einfluss von unterschiedlichen Kavernenquerschnitten auf die Sicherheit wurde geprüft: Wo ist das dokumentiert?
Welche SMA-Kavernenquerschnitte sind im Lagerkonzept für den Standort Nördlich Lägern vorgesehen?
Das ENSI hat das SMA-Lagerkonzept, die SMA-Endlagerbehälter und die SMA-Kaverne im Rahmen von Etappe 2 des Sachplans geologische Tiefenlager sowie den Entsorgungsprogrammen für 2016 (NTB 16-01) und 2021 (NTB 21-01) geprüft. Die Ergebnisse sind in seinen dazugehörigen Gutachten dokumentiert. Das ENSI beurteilt das Lagerkonzept mit seinen Lagerbehältern und SMA-Kavernenquerschnitten und das vorgesehene Mehrfachbarrierensystem der Nagra als geeignet und stufengerecht, im Sinne des Sachplans geologische Tiefenlager (SGT-Konzeptteil, Anhang III). Die nächste Überprüfung des ENSI findet im Rahmen des Rahmenbewilligungsgesuchs für geologische Tiefenlager statt. Das Lagerkonzept wird erst zum Baugesuch des SMA-Lagers festgelegt. Die LC-84 und LC-86 Endlagerbehälter wurden in Rahmen einer AGT-Typenprüfung vom ENSI geprüft und sind bereits für Stilllegungsabfälle des Kernkraftwerks Mühleberg im Einsatz.
a)
Das Lagerkonzept gibt Aufschluss darüber, wie das geologische Tiefenlager in seinen Grundzügen gestaltet wird. Dazu gehört das Mehrfachbarrierensystem (Figur 171-1) oder das Konzept einer horizontalen Einlagerung in Endlagerbehältern.
Figur 171-1: Schematische Darstellung des Mehrfachbarrierensystems
Das Lagerkonzept wird gemäss dem Sachplan geologische Tiefenlager (SGT) mit den sicherheitstechnischen Kriterien 4.1 und 4.2 bezüglich bautechnischer Eignung sowie mit dem Kriterium 2.3 «Lagerbedingte Einflüsse» hinsichtlich der Sicherheit überprüft. Bei dem Kriterium 2.3 werden die Auswirkungen des Lagers auf das Wirtgestein (Gasentwicklung der Abfälle und Gastransport, Wärmeeintrag und Wärmeempfindlichkeit, thermisch-hydraulisch-mechanisch gekoppelte Prozesse, chemische Wechselwirkungen, Ausbildung der Auflockerungszone im Nahbereich der Untertagebauten, Reversibilität der Veränderungen, Selbstabdichtungsvermögen) beurteilt. Dabei sind das einzulagernde Abfallinventar und das dafür vorgesehene Lagerkonzept (z. B. Auslegung des Lagers, Materialwahl für die technischen Barrieren) zu berücksichtigen.
Das Lagerkonzept wurde im Rahmen der Etappen 1 und 2 SGT sowie in den Entsorgungsprogrammen 2016 (EP16) und 2021 (EP21) vom ENSI überprüft:
Ergebnisse zu bisheriger Prüfung des Lagerkonzepts
Das ENSI hat in seinem Gutachten zu Etappe 2 SGT unter anderem folgendes zum Lagerkonzept festgehalten:
«Das ENSI und seine Experten (ENSI 33/530; EGT 2016) haben die Aussagen der Nagra zur Lagerkonzeption geprüft und kommen zum Schluss, dass die Ausführungen der Nagra nachvollziehbar und mehrheitlich plausibel sind. Das ENSI stimmt mit der Nagra überein, dass für die Geometrie der in der Nordschweiz vorhandenen tonreichen Gesteine eine horizontale (SMA) bzw. schichtparallele (HAA) Lagerung der Abfälle mit möglichst beschränkter vertikaler Ausdehnung sicherheitsgerichtet ist. Eine sicherheitstechnische Präferenz gegenüber Schächten oder Rampen ist auf generischer Basis nicht vorhanden, sondern muss sich aus der standortspezifischen Beurteilung ergeben (ENSI 33/540, S. 40).»
In seiner Stellungnahme zum EP16 hat das ENSI zum Lagerkonzept unter anderem folgendes geschrieben:
«Das ENSI beurteilt das von der Nagra im Lagerkonzept vorgesehene Mehrfachbarrierensystem als geeignet, um den gesetzlich geforderten dauernden Schutz von Mensch und Umwelt vor der ionisierenden Strahlung radioaktiver Abfälle zu gewährleisten. Der Grundsatz, dass sowohl die technischen als auch die geologischen Barrieren in signifikantem Masse zur Barrierenwirkung des Gesamtsystems beitragen, entspricht den behördlichen Vorgaben (Art. 11 KEV, ENSI-G03). Beide Lager setzen zur Gewährleistung der Langzeitsicherheit ein System gestaffelter, passiv wirkender technischer und natürlicher Barrieren ein.» (ENSI 33/592, S. 20)
In seinem Gutachten zum EP21 hat das ENSI zum Lagerkonzept unter anderem festgehalten:
«Das ENSI ist mit den Aussagen der Nagra in NTB 21-01 bezüglich Lagerauslegung einverstanden. Mit fortschreitender Konkretisierung der Projekte für die geologischen Tiefenlager im Rahmen des Sachplanverfahrens und der Bewilligungsverfahren nach KEG ist die Lagerauslegung stufengerecht an die lokalen Bedingungen anzupassen, wobei die Eignung der verschiedenen Varianten geprüft und die für die Sicherheit optimierte Variante zu wählen ist (ENSI-G03/d, Kap. 4.4). Die abschliessende Auslegung der Lager (detaillierte Anordnung der untertägigen Lagerkammern, detaillierte Ausgestaltung der technischen Barrieren) ist mit den Befunden der EUU, den Resultaten aus dem künftigen RD&D-Plan und den Erfahrungen aus ausländischen Programmen abzustimmen.» (ENSI 33/915, S. 16–17)
«Das ENSI stimmt der grundsätzlichen Vorgehensweise der Nagra zu, einen genügend grossen Handlungsspielraum für die Optimierung der Lagerauslegung bis zum nuklearen Baugesuch aufrecht zu erhalten.» (ENSI 33/915, S. 18)
Die bautechnischen und sicherheitstechnischen Aspekte des Lagerkonzepts werden auch in Etappe 3, respektive im Rahmenbewilligungsgesuch nochmals überprüft. Das Lagerkonzept wird erst mit der Baubewilligung des SMA-Lagers ca. 2045 festgelegt.
«Für die Rahmenbewilligung eines geologischen Tiefenlager muss ein hinreichender Kenntnisstand über die sicherheitsrelevanten Elemente, Eigenschaften, Ereignisse und Prozesse vorhanden sein. Die Sicherheitsanalyse für den Standortvergleich (Kap. 4.4), die qualitative Bewertung des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs (Kap. 4.5), die vergleichende Gesamtbewertung und Standortwahl (Kap. 4.6) sowie der Sicherheitsnachweis für die Nachverschlussphase (Kap. 5.2) müssen auf standortspezifischen, verifizierten Daten der geologischen Gegebenheiten beruhen. Sie können sich auf vorläufige Annahmen zur Auslegung der untertägigen Räume und technischen Barrieren stützen (Kap. 4.3). Nach Einreichen des Rahmenbewilligungsgesuchs soll die weitere Forschung und Entwicklung vor allem zur untertägigen Charakterisierung des Standorts durch erdwissenschaftliche Untersuchungen untertag und für die Weiterentwicklung des Tiefenlagerprojekts (z. B. die Auslegung der Lagerelemente und der technischen Barrieren) genutzt werden, um den erforderlichen Kenntnisstand bis zum Baubewilligungsgesuch zu erreichen.» (ENSI 33/649, S. 3)
Zusätzlich hat das ENSI seine Vorgaben zu den Themen Konzept und Auslegung des geologischen Tiefenlagers für Etappe 3 bzw. das Rahmenbewilligungsgesuch in ENSI 33/649 in Kapitel 4.3.1 präzisiert.
Vorgaben für die Verpackung von Abfallprodukten
Im schweizerischen Regelwerk stellt die Genehmigung von Konditionierungsverfahren durch das ENSI sicher, dass Rohabfälle und Verfahren nur kombiniert werden, wenn transport-, zwischen- und endlagerfähige Produkte erzeugt werden. Produktion, Transport und Zwischenlagerung der erzeugten Gebinde stehen unter Aufsicht des ENSI und werden regelmässig inspiziert. Die detaillierten Anforderungen an die Abfall-Konditionierungsverfahren und die dazugehörigen Verpackungen sind in der Richtlinie ENSI-B05 (z.B. Kap. 4.1.6 & 4.2.3) geregelt. In der Richtlinie ist auch die so genannte Typenprüfung festgelegt, ein Verfahren zur probenweisen Konditionierung einiger Testgebinde, an denen dann umfassende Qualitätsprüfungen vorgenommen werden. Das ENSI fordert derartige Tests immer dann, wenn wesentliche Neuerungen eingeführt werden sollen, oder Zweifel an der Verträglichkeit von Behandlungsverfahren und Abfallkomponenten bestehen.
Zusätzlich müssen Verpackungen, wie zum Beispiel die Behältertypen LC-84 und LC-86 (Figur 171-2), die Transportbestimmungen für normale Beförderungsbedingungen erfüllen. Dafür müssen die Behälterhersteller Tests zu Wassersprühprüfung, Fallprüfung, Stapeldruckprüfung und Durchstossprüfung durchführen und die Ergebnisse dokumentieren.
Geeignete Annahmebedingungen für die Abfälle in einem geologischen Tiefenlager werden in der Richtlinie ENSI-G03 gefordert, u.a. dass Tiefenlagerbehälter so ausgelegt werden, dass eine Rückholung ohne grossen Aufwand möglich ist.
Ergebnisse zu bisheriger Prüfung der SMA-Endlagerbehälter in Etappe 2 SGT
«Die Erläuterungen der Nagra zur Verpackung radioaktiver Abfälle sind aus Sicht des ENSI stufengerecht. Die vorgeschlagenen Abfallsorten-Behältertypen und Endlagerbehälter haben sich mit dem fortschreitenden Kenntnisstand über die zu entsorgenden radioaktiven Abfälle und die Auslegung der geologischen Tiefenlager sowie die operationellen Aspekte (Sicherheit der Handhabung) kontinuierlich entwickelt und erlauben die gewünschte Flexibilität für die sichere und lagergerechte Verpackung sämtlicher in der Schweiz anfallender radioaktiver Abfälle. Der Ersatz der bisher vorgesehenen grossen Endlagerbehälter LC-1 (Aussenvolumen ca. 26 m3) und LC-2 (ca. 14 m3) durch die handlicheren Endlagerbehälter LC-84 (ca. 6 m3) und LC-86 (ca. 9 m3) ist aus betrieblichen Gründen nachvollziehbar und zu begrüssen.» (ENSI 33/540, S. 36)
Der Bundesrat hat daher für das nächste Entsorgungsprogramm 2026 folgende Auflage verfügt:
«Die Entsorgungspflichtigen haben das Verpackungskonzept für die in Endlagerbehältern verpackten Abfälle sowie das verpackte Abfallvolumen an die aus dem Standortvorschlag der Nagra resultierenden Lagerkonzepte anzupassen. Zudem ist das Transportkonzept für die radioaktiven Abfälle von der Verpackungsanlage in das Tiefenlager zu erläutern. Bei der Wahl der Endlagerbehälter sind weitere sicherheitsrelevante Aspekte, wie die Handhabbarkeit, zu berücksichtigen.» (Schweizerischer Bundesrat 2023, Auflage 5a)
Dementsprechend werden die Endlagerbehälter auch zukünftig im Rahmen der Entsorgungsprogramme vom ENSI geprüft.
Typengenehmigung von Abfallgebinden mit LC-Behältern
Im Rahmen der Genehmigung der Abfallgebindetypen (AGT) für in LC-Behältern endkonditionierte Stilllegungsabfälle des Kernkraftwerks Mühleberg, wurde die Transport-, Zwischenlager-, und Endlagerfähigkeit von AGT mit LC-84/-86 Behältern vom ENSI geprüft. Das ENSI kommt zum Schluss, dass die entsprechenden AGT die Anforderungen der Richtlinie ENSI-B05 unter Beachtung von Auflagen erfüllen.
b)
Die Querschnittvarianten der SMA-Kavernen wurden zuletzt im Rahmen der sicherheitstechnischen Überprüfung des ENSI in Etappe 2 SGT und im Rahmen der Beurteilung des EP21 geprüft. Die Beurteilungen des ENSI sind in den Gutachten ENSI 33/540 und ENSI 33/915 dokumentiert.
Die Nagra hat in Etappe 2 SGT in den Berichten NAB 16-42 und NAB 16-45, die im Rahmen der Nachforderung des ENSI vom September 2015 eingereicht wurden, folgende Querschnittsvarianten für die Lagerkavernen SMA bzw. LMA betrachtet.
Figur 171-3: Kavernenquerschnittvarianten für die Lagerkammern SMA bzw. LMA und Angabe der Anzahl Endlagerbehälter im Querschnitt der Lagerkammern. Die Gesamtlänge an erforderlichen Kavernen für das „umhüllende Abfallvolumen“ beträgt für den Querschnitt K04a 10’962 m, für K04 8’770 m, für K06 6’264 m und für K09 3’986 m. (NAB 16-42, Fig. 4.3-1)
In seinem Gutachten zu Etappe 2 SGT beurteilt das ENSI die Kavernenquerschnitte wie folgt:
«Das ENSI weist bezüglich der Grösse der SMA- bzw. LMA-Lagerkavernen darauf hin, dass die Aussagen der Nagra im NAB 16-42 unterschiedlich zu denjenigen im NAB 16-45 sind, wo die Kavernengrösse K09 für die geomechanischen Berechnungen als Richtschnur über alle Tiefenlagen benutzt wird. Hinsichtlich des standortspezifischen Platzbedarfs für Etappe 3 SGT ist der Einfluss der Kavernengrösse und Kavernenabstände in Abhängigkeit der zu erwartenden felsmechanischen Eigenschaften auf Lagerebene und der Lagertiefe zu prüfen. Von speziellem Interesse ist der neu vorgestellte Kavernentyp K04a, der zwar gegenüber den K09-Kavernen einen maximalen Platzbedarf aufweist, jedoch aufgrund des kreisrunden Querschnitts günstige Ausbruchseigenschaften aufweist und ohne Konsolen in den Ulmen und entsprechenden Krananlagen auskommt. Aufgrund der Ausführungen der Nagra bleibt zurzeit unklar, inwiefern bei den K04a-Kavernen auch auf entsprechende Ablade- und Umladebereiche (NAB 16-42) verzichtet werden kann.» (ENSI 33/540, S. 41–42)
«Das ENSI begrüsst die Vorgehensweise der Nagra bei der Überarbeitung der geomechanischen Grundlagen und Unterlagen im Rahmen der Nachforderung des ENSI (ENSI 33/476). Die Beurteilung der Nagra bzgl. der bautechnischen Machbarkeit basiert auf wissenschaftlich-technischen Unterlagen, welche Nutzungsanforderungen, standortspezifische geologische Modelle, Baugrundmodelle, geomechanische Datensätze, Gefährdungsbilder, Bewertungen von Baumethoden sowie geomechanische Modellberechnungen zum Gebirgsverhalten und Tragwerksverhalten beinhalten. Der von der Nagra umfassend beschrittene Weg zur Beurteilung der maximalen Tiefenlage im Hinblick auf die bautechnische Machbarkeit wird vom ENSI und seinen Experten als stufengerecht und nachvollziehbar beurteilt.» (ENSI 33/540, S. 72)
In seinem Gutachten zum EP21 kommt das ENSI zu folgendem Schluss:
«Bezüglich der sicherheitstechnisch anzustrebenden Varianten in der Lagerkonfiguration macht die Nagra in NAB 20-31 diverse Aussagen, z. B. zum Mindestabstand, zur Anordnung der einzelnen Lagerteile, zur Ausrichtung der Lagerkammern und zu Varianten der SMA-Kavernenquerschnitte für unterschiedliche Überdeckungen. Das Vorgehen der Nagra in NAB 20-31 wird seitens ENSI als adäquat angesehen, die Tiefe der Betrachtung ist stufengerecht.» (ENSI 33/915, S. 34)
Beantwortet von Nagra
c)
Das in Figur 171-4 a) gezeigte Normalprofil der SMA-Lagerkaverne ist Teil der exemplarischen Umsetzung des geologischen Tiefenlagers für das Standortgebiet Nördlich Lägern. Es ist im Band 6 des Bautechnischen Dossiers NAB 23-01 dokumentiert. Die Form und die Grösse der Lagerkaverne wurde im Rahmen des Standortvergleichs zur Bewertung der bautechnischen Machbarkeit standortunabhängig bestimmt, d. h. für alle Standortgebiete identisch, und der Ausbau auf die geologischen Gegebenheiten angepasst. Das Normalprofil setzt die aktuellen Planungsannahmen der Langzeitsicherheit gemäss dem aktuellen Sicherheits- und Lagerkonzept um.
Die SMA-Lagerkaverne dient der Einlagerung schwach- und mittelradioaktiver Abfälle. Eine exemplarische Umsetzung des SMA-Einlagerungsbetriebs wird im Betriebskonzept NAB 21-06 gezeigt. Die dort beschriebenen Prozesse definieren die aktuellen Anforderungen an das Normalprofil, die in NAB 23-01 Band 5 dokumentiert sind. Das Konzept sieht eine schichtweise Einlagerung der Endlagerbehälter (ELB) in der SMA-Lagerkaverne vor. Die ELB werden in der aktuellen Einlagerungsvariante automatisiert und ferngesteuert mithilfe eines Brückenkrans transportiert und platziert. Die daraus resultierenden Lichtraum- und Normalprofile für die SMA-Lagerkaverne sind in den Figuren 171-4 a) und b) dargestellt. Es wird der Platzbedarf (Lichtraumprofil) für eine Einlagerungsvariante mit 12 platzierten ELB dargestellt. Im Normalprofil ist das Lichtraumprofil für 9 ELB mit Laufkran, die Kranbahnstütze und – konsole, sowie die ebene Betonsohle dargestellt.
Eine exemplarische Umsetzung des Ausbruchs- und Sicherungskonzepts ist im Bautechnischen Dossier NAB 23-01 Band 5 ausführlich beschrieben. Die temporäre Ausbruchsicherung erfolgt nachgiebig. Dies ermöglicht eine kontrollierte Verformung des Gebirges bis zum Einbau der permanenten Betoninnenschale. Das Zulassen der Verformung ist aufgrund der Überlagerung und den mechanischen Eigenschaften des Opalinustons notwendig.
Als dauerhafter Ausbau der Kaverne wird eine 40 cm starke Betoninnenschale und eine 80 cm starke Betonsohle eingebaut, die die Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit für die Nutzungsdauer gewährleistet. Die temporäre Ausbruchssicherung und die Innenschale sind im Normalprofil dargestellt.
Eine Weiterentwicklung und Optimierung des Normalprofils ist in den nächsten Projektphasen in Abstimmung mit den Anforderungen der Langzeitsicherheit und des Einlagerungsbetriebs vorgesehen.
Figur 171-4 a): Normalprofil mit Lichtraumprofil für 9 ELB und Laufkran. Dargestellt sind auch Kranbahnstütze und -konsole, Ausbruchssicherung und Betoninnenschale (NAB 23-01 Band 6)Figur 171-4 b): Lichtraumprofil (LRP) gemäss dem aktuellen Betriebskonzept für 12 ELB (NAB 23-01 Band 5).
Referenzen
EGT (2016): Sachplan Geologische Tiefenlager, Etappe 2 – Stellungnahme der EGT zum Vorschlag weiter zu untersuchender geologischer Standortgebiete vorbehältlich der Nachforderungen des ENSI vom 6. November 2015, Expertenbericht zuhanden des ENSI, Expertengruppe Geologische Tiefenlagerung, Brugg.
NAB 16-42: ENSI-Nachforderung zum Indikator „Tiefenlage im Hinblick auf bautechnische Machbarkeit“ in SGT Etappe 2 – Prüfung der Lager- und Barrierenkonzepte. Nagra Arbeitsbericht, Juli 2016.
NAB 16-45: ENSI-Nachforderung zum Indikator „Tiefenlage im Hinblick auf bautechnische Machbarkeit“ in SGT Etappe 2 – Projektkonzepte für die Lagerkammern und Versiegelungsstrecken und deren Bewertung. Nagra Arbeitsbericht, Juli 2016.
NAB 21-06: Betriebskonzept für die geologische Tiefenlagerung. Nagra Arbeitsbericht, Oktober 2022.
NAB 23-01 Band 5: Bautechnisches Dossier Standortvergleich – Band 5: Nutzungsvereinbarung. Nagra Arbeitsbericht, Oktober 2023.
NAB 23-01 Band 6: Bautechnisches Dossier Standortvergleich – Band 6: Technischer Beschrieb und Pläne Lagerprojekte. Nagra Arbeitsbericht, Oktober 2023.
NTB 16-01: Entsorgungsprogramm 2016 der Entsorgungspflichtigen. Nagra Technischer Bericht, Dezember 2016.
NTB 21-01: Entsorgungsprogramm 2021 der Entsorgungspflichtigen. Nagra Technischer Bericht, Dezember 2021.
Schweizerischer Bundesrat (2023): Verfügung des Schweizerischen Bundesrats zum Entsorgungsprogramm 2021 der Entsorgungspflichtigen, Bern, 8. Dezember 2023.
