Långsiktig Funktion. Frågeställningar

Transkript

1 Buffert och återfyllnad Långsiktig Funktion SR-Site Patrik Sellin SKB Frågeställningar Buffert Vertikal/horisontell Material Kvalitet Återmättnad Erosion Återfyllnad Barriärfunktion (Densitet) 1

2 Buffertgeometri Ingen säkerhetsanalys har gjorts av SKB för KBS-3H än Buffertfunktion och krav är desamma Bufferten i KBS-3H är generellt mer komplicerad att beskriva KBS-3H har en mycket enklare återfyllnad Återfyllnad Återfyllnaden är nödvändig för att bufferten ska upprätthålla sin barriärfunktion samt för att återställa bergets barriärfunktion när förvaret försluts Återfyllnad har på så sätt barriärfunktion i ett KBS-3 förvar och är då enligt föreskrifterna en barriär Definitionen har ändrats sedan FUD

3 Materialval och krav Begränsa advektiv transport K Buff < m/s P swell > 1 MPa Filtrera kolloider ρ Buffer > 1650 kg/m 3 Eliminera mikrober P swell > 2 MPa Begränsa skjuvrörelser ρ Buffer < 2050 kg/m 3 Hålla kapseln på plats P swell > 0,2 MPa Släppa igenom gas Långtidsbeständig Salthalt < 1 M Cl - Salthalt > 1 mm Ca 2+ Temperatur C Materialval och krav Bentonit Minst 75% montmorillonit Maximalt 0,5% sulfid Maximalt 1% svavel Maximalt 1% organiskt material Inga krav på övriga föroreningar Inga krav på motjoner (än) 3

4 Föroreningar i bentonit Bentonit Referensmaterialet fyller kraven Är inte kopplat till fyndighet/ produktnamn/leverantör Det finns många tänkbara leverantörer Behovet är ~4 000 ton/år (buffert) Världsproduktionen är ton Samma material kommer knappast att användas i hela förvaret Med tanke på den långa driftstiden Exempelmaterial används i SR-Site (och ansökan) 4

5 Kvalitet Leverantörens egen kontroll: Vattenhalt, kornstorlek, k liquid id limit, it fri svällning, mineralsammansättning, föroreningar, etc Mottagningskontroll/acceptanskontroll: Vattenhalt Kornstorlek Röntgendiffraktion LECO ugn ICP/AES Cu-trien (CEC) Återmättnad Med hänsyn till den mycket ringa grundvatten- föringen och den låga vattengenomsläppligheten i buffertmaterialet och det omgivande, injekterade berget, kommer det att ta mycket lång tid (sannolikt hundratals år) innan all bentonit blir vattenmättad /KBS-2, 1978/. 5

6 Återmättnad I ett vått deponeringshål styr bentoniten återmättnaden I ett torrt t deponeringshål styrs återmättnaden av berget eller återfyllnaden Både Forsmark och Laxemar kommer att ha såväl våta som torra deponeringshål Förvaret är designat (termiskt) utifrån de torra hålen Bentoniten fyller sina säkerhetsfunktioner först när den är mättad men, funktionerna behövs inte om berget är torrt Bentonit - temperatur Ca 2+ /Na+-montmorillonite + K + + (Al 3+ ) Illite + Silica + Ca 2+ /Na + Kisel måste bort för att reaktionen skall fortskrida Omvandlingsprocessen använd som geo-termometer i oljeprospektering och är därför väldokumenterad Montmorillonit omvandling sker vid temperaturer <100 C men mycket långsamt Många bentonitfyndigheter ligger under omättade förhållanden naturlig analog för den omättade bufferten Korttidseffekter av förhöjd temperatur har observerats i fält (Äspö) och i laboratoriestudier De verkar dock inte vara frågan om mineralogiska förändringar 6

7 Omvandling i naturliga system Resultat från Lot 7

8 Resultat från Lot Återmättnad (THM) Beräkningar i SR-Site Fler systemdelar Kopplade mekaniska interaktioner Mer fokus på torrare förhållanden 8

9 Översikt av modeller PROCESSER Botten platta Buffert Åter fyllning Tunnel pluggar Central område, ramp etc Borrhåls för slutning 1. Värmetransport 1 2. Frysning 3. Vattenupptag 3, Vattentransport Gastransport (2) 6. Piping/erosion Svällning/ , 17 omfördelning av massa 5, 9, (10) Flyttillstånd Modeller för återmättnad Analysis of time-scale of buffer hydration Primary variations (18 models) Buffer: Block and pellets Homogenized Fracture distribution (d): Mid-section Low-section Tunnel section Fracture transmissivity (T): m 2 /s m 2 /s m 2 /s Secondary variations (6 models) Base cases: (Mid-section; T = m 2 /s) Block and pellets Homogenized 5,4 0,25 Variation 1 EDZ Variation 2 No fractures (?) 1,7 4,8 Fractures Variation 3 Hydraulic boundary Distance 0,5 Variation at 4 RH in tunnel Variation 5 Retention of rock 9

10 Erosion (förlust av buffert med kolloidfigörelse) Frågan diskuterades redan 1978 Fenomenet idenfierades Na-bentonit bildar kolloider i utspädda vatten Slutsatsen var att grundvatten har tillräckligt mycket Ca 2+ för att förhindra processen Idag gäller ett längre tidperspektiv ( miljon år) Glaciala smältvatten kan ge låga halter Ca 2+ Det går inte att utesluta att kan finns på förvarsdjup under långa tider Över CCC (Critical Coagulation Concentration) bildar montmorillonit in sammanhängande gel som inte släpper partiklar (kolloider) Under CCC kan en Na-dominerad montmorillonit expandera oändligt Erosion/kolloidbildning 10

11 Erosion/kolloidbildning Na-dominerad bentonit i utspädda vatten Stor förlust av buffert Ca-dominerad bentonit (90% Ca) Ingen förlust av buffert Processen känslig för: Grundvattnets sammansättning Buffertens sammansättning Grundvattenflöde Sprickornas egenskaper 11