Das Thema der Endlagerbehältermaterialien für die Entsorgung hochaktiver Abfälle wurde in früheren Fragen und Veranstaltungen des Technischen Forums Sicherheit (TFS) erörtert. Die wichtigsten Aussagen sind:

• TFS-Frage 11: Lebensdauer der Endlagerbehälter – Die Lebensdauer der Endlagerbehälter wird kürzer als die Halbwertszeit einiger Radionuklide sein, weshalb die Auslegung des Tiefenlagers auf einem Mehrfachbarrierenkonzept basiert.
• TFS-Frage 51: Potenzielle Behältermaterialien und betreffender Entscheidungszeitpunkt – Anforderungen dienen als Wegweiser für die vergleichende Beurteilung potenzieller Behältermaterialien. Der Entscheid über die Behältermaterialien wird im Zusammenhang mit dem Baugesuch getroffen werden.
• 29. TFS-Sitzung vom 5. November 2015: Ganztägige Veranstaltung über alternative Behältermaterialien – Expertenvorträge von Nagra-Mitarbeitenden und Vertretern der nationalen Entsorgungsprogramme Schwedens und Belgiens.

Diese Aussagen sind auch für den aktualisierten Projektstand nach Einreichung des Rahmenbewilligungsgesuchs (RBG) gültig, was anhand der folgenden Antworten aufgezeigt wird.

a)

Der SMA-Behälter erfüllt keine Barrierefunktion bezüglich Langzeitsicherheit und benötigt somit keine Anforderungen an die Lebensdauer. Im Zusammenhang mit Anforderungen an die Betriebssicherheit muss der SMA-Behälter während der entsprechenden Betriebsphase jedoch strukturell intakt sein.

Der HAA-Behälter gewährleistet einen Einschluss der Radionuklide für mindestens 1’000 Jahre und erfüllt somit die entsprechende behördliche Vorgabe (ENSI 2020). Für das RBG hat die Nagra eine beispielhafte Umsetzung eines HAA-Behälterdesigns entworfen und demonstriert, für das die Lebensdauer mehr als 10’000 Jahre beträgt (Nagra 2024).

b)

In den vergangenen Jahren hat die Nagra mehrere Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit dem Ziel durchgeführt, den Reifegrad der HAA-Behälter voranzutreiben. Die Schwerpunkte dieser Projekte lagen auf:

• Erhöhung der Robustheit für eine verlässliche Langzeitleistung: Dies wurde durch in-situ und ex-situ durchgeführte Langzeit-Korrosionsexperimente erreicht. Die Korrosionsforschung wurde durch Beurteilungen der mechanischen Integrität auf der Grundlage von Standardmethoden ergänzt (Nagra 2024, Diomidis et al. 2023).
• Überarbeitung des Endlagerbehälterdesigns: Der Hauptfokus lag dabei auf dem Design des Deckels und der Verschlussnaht. Dies sind Aspekte des Endlagerbehälters, die mit dem Betrieb der Verpackungsanlage zusammenhängen und für die Langzeitwirksamkeit relevant sind (Nagra 2024).
• Demonstration der Machbarkeit bezüglich Technologie und Fertigung: Die Nagra hat in Grossbritannien einen Teilprototyp eines Endlagerbehälters hergestellt. Damit weist sie nach, dass die Herstellung bereits heute technisch möglich ist, und hat Designaspekte identifiziert, die in den kommenden Jahren zusätzliche Entwicklungsarbeiten erfordern könnten.

c)

Aufgrund der mechanischen Festigkeit, des vorhersehbaren Korrosionsverhaltens, der Verfügbarkeit der erforderlichen Technologie, der Herstellbarkeit und der Kosten verwendet die Nagra in ihrem RBG Kohlenstoffstahl als Referenzmaterial für den HAA-Behälter (siehe Nagra 2024). Der SMA-Behälter wird aus Stahlbeton hergestellt (Pudollek & Neukaeter 2021).

d)

Die Sicherheitsanalysen des RBG bestätigen, dass der Beitrag der technischen Barrieren zur Langzeitsicherheit insgesamt gering ist. Ein frühzeitiges Behälterversagen führt selbst unter konservativen Annahmen nicht zu einer Zunahme der radiologischen Konsequenzen für Mensch und Umwelt. Unabhängig davon plant die Nagra weitere Korrosionsexperimente an Behältermaterialien, zur Weiterentwicklung des mechanischen Verständnisses, und um noch repräsentativere Korrosionsdaten zu erhalten. Modellierungen werden verwendet, um die mechanische Integrität von Endlagerbehältern zu beurteilen und um die Entwicklung des Designs zu unterstützen. Der Schwerpunkt wird auf noch robusteren Vorhersagen der Behälterlebensdauer liegen, indem neue Konzepte entwickelt werden, die Korrosionsaspekte und Beurteilungen der strukturellen Integrität kombinieren. Darüber hinaus wird die Nagra weiterhin an internationalen Konsortien und europäischen Forschungsprogrammen (z. B. EURAD) teilnehmen, die sich mit der Entwicklung von Endlagerbehältern und der Korrosion befassen. Weiterhin wird sie ihre Zusammenarbeit mit anerkannten nationalen und internationalen Expertinnen und Experten auf diesem Gebiet fortsetzen, um die Fortschritte in der Materialwissenschaft und -technologie kontinuierlich zu verfolgen.

Es lässt sich zusammenfassen, dass sich das ursprünglich im Jahr 2012 entwickelte Konzept der Karbonstahlbehälter für das RBG als geeignet erwiesen hat und alle relevanten Anforderungen erfüllt. Die Strategie der Nagra zur Entwicklung von Endlagerbehältern basiert auf einer kontinuierlichen Überarbeitung der Endlagerbehälterdesigns und der entsprechenden Prozesse, um die Umsetzungsreife anhand neuer Erkenntnisse und Erfahrungen voranzutreiben. Der Fokus künftiger Arbeiten wird auf der Neubeurteilung von Optionen zur Optimierung von Endlagerbehältern mit Blick auf das Baugesuch liegen.

Referenzen

Diomidis, N., Guillemot, T. & King, F. (2023): Definition of Reference Corrosion Rates for Performance and Safety Assessments. Nagra Arbeitsbericht NAB 23-22.

Diomidis, N. & King, F. (2022): Development of Copper Coated Canisters for the Disposal of SF and HLW in Switzerland. Nagra Technical Report NTB 20-01.

ENSI (2020): Geologische Tiefenlager. Richtlinie für die schweizerischen Kernanlagen ENSI-G03/d. Eidgenössisches Nuklearsicherheitsinspektorat ENSI, Brugg.

Nagra (2024): Design and Performance Assessment of HLW Disposal Canisters. Nagra Technical Report NTB 24-20.

S. Pudollek & E. Neukaeter. Development of a container for interim storage and deep geological disposal in Switzerland – Approach, challenges and realisation. DEM 2021 – International Conference on Decommissioning Challenges: Industrial Reality, Lessons learned and Prospects. Avignon, Frankreich. 13.–15. September 2021.