Beräkning av temperaturer i ett envånings slutförvar i berg för förglasat radioaktivt avfall. Rapport nr 3

Transkript

1 45 Beräkning av temperaturer i ett envånings slutförvar i berg för förglasat radioaktivt avfall. Rapport nr 3 Roland Blomquist AB Atomenergi POSTADRESS: KåmbréimhUkmfm, Fack Stockholm. T *tono847964o

2 BERÄKNING AV TEMPERATURER I ETT ENVÄNINGS SLUTFÖRVAR I BERG FÖR FÖRGLASAT RADIOAKTIVT AVFALL RAPPORT 3 Roland Blomquist AB Atomenergi Denna rapport utgör redovisning av ett arbete som utförts på uppdrag av KBS. Slutsatser och värderingar i rapporten är författarens och behöver inte nödvändigtvis sammanfalla med uppdragsgivarens. I slutet av rapporten har bifogats en förteckning över av KBS hittills publicerade tekniska rapporter i denna serie.

3 AKTIEBOLAGET ATOMENERGI Roland Blomquist TITLE KBS OBJECT TEMPERATURE CALCULATIONS FÖR A ROCK STORAGE IM ONE LEVEL FOR FINAL DISPOSAL OF RADIOACTIVE WASTE SUMMARY Introductory calculations of temperatures in rock storages for final vii-p^sal of raiioactive waste have earlier been peformed, see K3S Technical Reports 05 and 15. In those,-; culatior.s the values of important parameters such as. metrical arrangement, age of waste, thermal conductivi-..is, etc. have been varied in order to show their influ-».ce on temperatures. Jracually the main interest have been directed tc a storage i:\ one level covering a horisontal area of 1 x 1 km. A mixture of quartz sand ar.i bentonite has been chosen as fil link.; material ar.ur.d the vasze containers. This paper reports on temperature calculations for a storage of this raouel.

4 KBS. Objekt Beräkning av temperaturer i ett envånings slutförvar i berg för förglasat radioaktivt avfall. Roland Blomquist TPM-RV INLEDNING Temperaturberäkninj',ar avseende slutförvaring i berg av höggradigt radioaktivt avfall har under året utförts i olika etapper, se inf. 1, 2, 3 och 4. Beräkningarna har avsett förvar av varierande geometri och storlek. Olika antaganden har också gjorts beträffande bl a värmeledningsegenskaperna i fyllnadsmaterialet när.nast kring behållaren. Så småningom har huvudintresset inriktats mot ett förvar i en våning med en horisontell utsträckning av 1 x 1 km. Som fyllnadsmaterial kring behållaren har valts kvartssand blandad med buntonit. Så länge förvaret är öppet hålls fyllnadsmaterialet med hjälp av speciell utrustning vattengenomdränkt, detta för att underlätta värmeavgivningen. Sedan förvaret stängts förutsätts att fyllnadsmaterialet p g a omgivande grundvatten förblir vattenmättat. Föreliggande rapport visar resultat av temperaturberäkningar för ett sådant förvar avsett för förglasat avfall, BKRÄKN TNGSFÖR ITSÄTTN INGÅR Förglasat avfall Varje avfallsbehållare förutsätts innehålla aktivt glas inneslutet i en stålbehållare med längden 1500 mm och diametern 400 mm. Behållaren antas vidare helt omgiven av 10 cm bly och utanpå detta 5 mm titan. Värmeutvecklingen i glaset har hämtats från AB Atomenergi TTM-RF /SM-48. Därvid har följande förutsatts: Avfallet härrör från PWR-reaktor Utbränning MWd/ton U Effektuttag 38,5 MW/ton U Reprocessing 10 år efter uttag ur reaktorn Deponering 40 år efter uttag ur reaktorn

5 AKTIEBOLAGET ATOMENERGI Roland Blomquist TPM-RV Värraeutvecklingen vid deponering blir 525 W/behållare. Glasets värmeledningsförmåga har antagits vara 1.2 W/m C. Förvarets layout Förvarets layout liar antagits enligt följande: Horisontell utsträckning Antal våningar Antal parallella horisontella tunnlar Avstånd mellan tunnlar Avstånd mellan vertikala hål Antal behållare per hål Håldiameter Totalt antal behållare 1000 x 1000 m st 41 st 25 m 4 m 1 st 1 m st Värme ledningsförmåga för fyllnadsmaterial Fyllnadsmaterialet i spalten kring behållarna antas bestå av en vattenmättad blandning av 85 % kvartssand och 15 % bentonit. Lnligt ref 5 kan värmeledningsförmågan för ett sådant material beräknas enligt > = {/. 7.7 ) där n = poriositet = 0.41 q = volymandel kvarts i fast fas = 0.85 = blandningens värmeledningsförmåga = vattnets värmeledningsförmåga = 0.64 W/m C Genom insättning i ovan angivna formel kan blandningens värmeledningsförmåga beräknas till 2.5 W/m C. Fysikaliska data för stål, bly, titan och granit Stål, värmeledningsförmåga Bly, Titan, " Granit, värmlediiingsf örmåga Granit, specifikt värme 17 W/m C 35 "- 15 "- 3.0 "- 2.3 MJ/m 3o C

6 AKTIEBOLAGET ATOMENERGI Roland Blomquist TPM-RV Ostörda bergets temperatur Ostörda bergets temperatur vid förvarets nivå har antagits 20 C. Beräkningsmetod ik Beräkningarna har skett med hjälp av ett datorprogram för behandling av transient värmeledning i tre dimensioner i en kropp med oändlig utsträckning. Det teoretiska underlaget för detta program finns redovisat i bilaga till ref 1. Temperaturfördelningen i den enskilda avfallsbehållaren och i kvarts/bentonitskiktet närmast omkring behållaren har beräknats för den förenklande förutsättningen att värmeflödets riktning är rent radiell. För att förenkla beräkningen har hela deponeringen antagits ske vid samma tidpunkt. Hänsyn har ej tagits till den temperatursänkande effekt som kan fås genom att under viss tid efter deponeringen upprätthålla forcerad ventilation av tunnelutrymmena. RESULTAT Fig 1 visar det beräknade temperaturförloppet vid titan ytan för förvarets varmaste behållare, dvs en behållare i förvarets centrala Jel. Beräkningar har också gjorts beträffande temperaturförloppet i förvaret i dess helhet. Dessa s k makroskopiska beräkningar bygger på förutsättningen att den utvecklade vurmeeffekten är jämnt fördelad i en bergvolym med längd 1000 m, bredd 1000 m och höjd 1.7 m. Den streckade linjen i fig 1 visar det beräknade makroskopiska temperaturförloppet i förvarets centrum. Fig 2 visar beräknade temperaturstörningar i berget längs en horisontell ocli en vertikal axel genom förvarets centrum för tidpunkterna 50, 600, 1500 och 3000 åt efter deponering. Fig 3 och 4 visar med hjälp av uppritade isotermer hur temperatursrörningen utbreder sig i det omgivande berget. Fig 5 visar den beräknade radiella temperaturfördelningen i och närmast kring förvarets varmaste behållare vid tidpunkterna 1.2, 50 och 200 år efter deponeringen. Som framgår av fig 1 uppnås max titantemperatur efter ca 12 år.

7 AKTIEBOLAGET ATOMENERGI Roland Blomquist TPM-RV REFERENSER ROLAND BLOMQUIST KBS. Objekt Orienterande temperaturberäkningar för slutförvaring i berg av radioaktivt avfall. AB Atomenergi, TPM-RV-454, ROLAND BLOMQUIST KBS. Objekt Orienterande temperaturberäkningar för slutförvaring i berg av radioaktivt avfall. Rapport nr 2. AB Atomenergi, TPM-RV-465, ROLAND BLOMQUIST, TAIVO TARANDI Temperaturberäkningar avseende slutförvaring i berg av radioaktivt avfall. AB Atomenergi, TPM-RV-469. AB Vattenbyggnadsbyrån, VBB reg.nr 58115, ROLAND BLOMQUIST KBS. Objekt Beräkning av temperaturer i ett envånings slutförvar i berg för förglasat radioaktivt avfall. AB Atomenergi, TPM-RV-473, SVEN KNUTSSON Värmeledningsförsök på buffertsubstans av bentonit/pitesilt. Avd. för Ceoteknik, Högskolan i Luleå, /HA

8 Förvar i en våning för färg I a sa t avfall. TPM - R V- 475 Temperaturförtopp vid förvarets centrum. Fig. 1 Temperaturförlopp vid titanytan för förvarets varmaste behållare, dvs. behållare i centrum av förvaret. Makroskopiskt temperaturförlopp i förvarets centrum. Ostörda bergets temperatur. k. 2 Q> Q. O Tid efter deponering, år

9 Ma 5 U» II 1 jo j 1 1 J o Temperatur störning Tio" I / ro o / s- o 3 Vertikalt avstånd från förvarets centrum (uppåt eller nedåt) CJ "2. o 8 0» <D O (0 to o < 2 5 UD cu i N ^ T m 3

10 Förvar i en våning för förqlasat avfall. Makroskopisk temperaturstörning 50 och 600 ar efter deponering. TPM-RV-475 Fig.3 t 50 år efter deponering Horisontellt avstånd från förvarets centrum, m 600 år efter deponering Horisontellt avstånd från förvarets centrum, m

11 Förvar i en våning för förglasat avfall. Makroskopisk temperaturstörning 1500 och 3000 år efter deponering. TPM-RV-475 Fig. U 1500 år efter deponering il Horisontellt avstånd från förvarets centrum, m 3000 Sr efter deponering 600 Horisontellt avstånd från förvarets centrum, m

12 Förvar i en våning för förqlasat avfall. TPM-RV-475 Radiell temperaturfördelning i oc h kring Fig. 5 förvarets varmaste behållare. 100 t o Tid efter deponering 03 0Å Radie,m

13 FÖR^CKNING ÖVER KBS TEKNISKA RAPPORTER 01 K. : i I Istyrkor i utbränt bränsle orh högakt i vt avfall från en PWR beräknade med ORIGLN Nils Kjellbert AB Atomenergi PM angående värmeledningstal ln>s jordmaterial Sven Knutsson Roland 1'usch Högskulan i Luleå 77-.)4-l5 03 Deponering av högaktivt avfall i borrhål med buffertsubstans Arvid.Jacobsson Roland 1'iiseh Högskolan i Luleå Deponering av liögaktivt avfall i tunnlar med buffertsubsians Arvid Jacobsson Roland 1'usch Högskolan i Luleå Orienterande temperaturberäkningar för slutförvaring i berg av radioaktivt avfall, Rapport 1 Roland Blomqvist AB Atomenergi Croundwater movements around a repository, Phase I, State of the art and detailed study plan Ulf Lindblom Hagronsult AB Resteffekt studier för KBS Del 1 Litteraturgenomgång Del 2 Beräkningar Kim Kkbny, Nils K jr I I ber t Göran O Isson AB Atomenergi Ht läkning av franskt, engelskt och kanadensiskt glas med högakt i vt avfal1 Göran Blomkvist. AB Atomenergi

14 09 Diffusion of soluble materials in a fluid filling a porous med ium Hans Häggblom AB Atomenergi Translation and development of the BNVTL-Geosphere Model Bertil Grundfel t Kemakta Konsult AB Utredning rörande titans lämplighet som korrosionshärdig kapsling för kärnbränsleavfall Sture Henriksson AB Atomenergi Bedömning av egenskaper och funktion hos betong i samband med slutlig förvaring av kärnbränsleavfal 1 i berg Sven G Bergström Göran Fager lund Lars Romben Cement- och Betonginstitutet ii 13 Ur I åkning av använt kärnbränsle (bestrålad uranoxid) vid di rektdeponering Ragnar Gel in AB Atomenergi Influence of cementation on the deformation properties >>f bentonite/fpiartz buffer substance Roland I'usch Högskolan i Luleå Orienterande temperaturberäkningar för slutförvaring i ber«av radioaktivt avfall Rapport 2 Roland Blomquist AB Atomenergi Översikt av utländska riskanalyser samt planer och projekt rörande slutförvaring Äke Hultgren AB Atomenergi augusti The gravity field in Kennoscandia and postglacial crustal movements Arne Bjerhammar Stockholm augusti Rörelser och instabilitet i den svenska berggrunden Ni 1 s-axel Mörner Stockholms Universitet augusti Studier av ncotektonisk aktivitet i mellersta och norra Sveri>;n, f lygbi Irisgenomgång orb geofysisk tolkning av rcccnta förkastningar Robert Lagerbäck Herbert Henkel Sveriges Geologiska Undersökning september 1977

15 20 Tektonisk analys av södra Sverige, Vättern - Norra Skåne Kennert Röshoff Erik Lagerlund Lunds Uni\ersitet och Högskolan Luleå september Earthquakes of Sweden , Ota Kulhänek Rutger Wahlström Uppsala Universitet september The influence of rock movement on the stress/strain situation in tunnels or bore holes with radioactive consisters embedded in a bentonite/quartz buffer mass Roland Pusch Högskolan i Luleå Water uptake in a bentonite but for mass A model study Roland Pusch Högskolan i Luleå il 24 Beräkning av ut läkning av vissa fissionsprodukter och aktinider från en cylinder av franskt glas Göran Blomqvist AB Atomenergi Blekinge kustgnejs, Geologi och hydrogeologi Ingemar Larsson KTH Tom Lundgren SCH Ulf Wiklander SGU Stockholm, augusti Bedömning av risken för fördröjt brott i titan Kjell Pettersson AB Atomenergi A short review of the formation, stability and cementing properties of natural zeolites Arvid.Jacobsson Högskolan i Luleå Värmeledningsförsök på buffertsubstans av bentonit/pites i 11 Sven Knutsson Högskolan i Luleå Deformationer i sprickigt berg Ove Stcpliansson Högskolan i Luleå Retardation of escaping nuclides Ironi a final depository Ivars Neretnieks Kungliga Tekniska Högskolan Stockholm Bedömning av korrosionsbeständigheten hos material avsedda för kapsling av kärnbränsleavfall. Lägesrapport samt kompletterande yttranden. Korrosionsinstitutet och dess referensgrupp

16 32 Long term mi»era logii -i 1 proper t it's of bentonite/quartz buffer substance 1'rel imin. : ir rapport november 1977 Slutrapport februari 19/8 Roland Punch Arvid Jacobsson Högskolan i Luleå 33 Rcfjiiire'l physical and mechanical properties of buffer masses Rotam! fusel) Högskolan Luleå Tillverkning av bly-litan kapsel Folke Sandel in AB VBB ASF.A-Kabel Instil ut et för met a 1 I forskning Stockholm november Project for the handling and storage of vitrified high-level waste Saint Gobain Techniques Nouvelles October, Sammansättning av grundvatten pa större djup i granitisk berggrund.ian Kennel fel t Orrje & Co, Stockholm Hantering av buffertmaterin I av bentonit och kvarts Hans Fa>-,frst röm, VBli Björn Lundahl, Stabilator Stockholm oktober Utformning av hergrumsanläggningar Arne Finne, KBS Alf Kngelbrektson, VBB Stockholm december Konst hikt ionsstudier, di rektdepuner ing ASKA-ATOM VBB Väst eras 40 F.kologisk transport och stråldoser frän grundvattenburna radioaktiv.! ämnen Ronny Bergman V!l,i Bergström Sverker Kvans AB Atomenergi 41 Säkerhet och strålskydd inom kärnkraftnmradet. Lagar, normer och bedömningsgrunder Clir i st i na (ly 1 1 änder Siegfried I' Johnson S t i y, Ro I aiulson AU Atomenergi och ASKA-ATOM

17 \ I 42 Säkerhet vid hantering, lagring m h transport av använt kärnbränsle och förglasat högaktivt avfall Ann Margret l.rics.son Kemakta november Transport av radioaktiva ämnen med grundvatten frän ett bergförvar Bertil Grundfelt Kemakta november Beständighet hos borsi1ikatglas Tibor Lakatos Glasteknisk Utveckling Alt 45 Beräkning ;iv temperaturer i ett envånings slutförvar i berg för förglasat radioaktivt avfall Rapport 3 Roland Blomquist AB Atomenergi Temperatiirberäkningar för använt* bränsle Taivo Tnhrand i VBB i I i i 47 Teoretiska studier av grundvattenrörelser, Preliminär rapport oktober 1977 Slutrapport februari 1978 Lars Y Nilsson. John Stokes Roger Thunvik Ins t för kulturteknik KTH i 48 The mechanical properties of Stripa granite Graham Swan Högskolan i Luleå Hergspänningsmätningar i Stripa gruva i Hans Carlsson Högskolan i Luleå : 50 Lakningsförsök med högaktivt franskt glas i Studsvik Göran Blomqvist AB Atomenergi november Seismotechtonic risk modelling for nuclear waste disposal in the Swedish bedrock F Ringda 1 H (Jjöystdal! S Husebye Royal Norwegian Council for scientific: and industrial research 52 Calculations of nuclicle migration in rork and porous media, periftr.ited by water H Häggblom AB Atomenergi