Biosfärsmodellering vid säkerhetsanalys av ett slutförvar för använt kärnbränsle

Biosfärslering vid säkerhetsanalys av ett slutförvar för använt kärnbränsle Det svenska systemet Det svenska systemet för hantering av kärnavfall Säkerhetsanalys med fokus på biosfären Landskapsutveckling Doslering Sjukvård, industri och forskning Driftavfall Slutförvar för radioaktivt driftavfall (SFR) m/s Sigyn Inkapslingsanläggning Björn Söderbäck Svensk Kärnbränslehantering AB, SKB Använt kärnbränsle Centralt mellanlager för använt kärnbränsle (Clab) Slutförvar för använt kärnbränsle Kärnkraftverk Biosfärslering slutförvar 2 Centralt mellanlager för använt kärnbränsle, Clab Slutförvar för använt kärnbränsle Djup 400 700 meter Ringhals Clab Forsmark/SFR 32 m Bränslet lastas över till en bränslekassett i en strålskyddande bassäng Undermarksanläggning 2 4 km 2 Cirka 6 000 kapslar efter cirka 50 års reaktordrift Barsebäck Biosfärslering slutförvar 3 Biosfärslering slutförvar 4 Slutförvar Platsundersökningar Flygmätning Bränslekuts av urandioxid Använt kärnbränsle Kopparkapsel med insats av gjutjärn Kulturinventeringar Inventering av flora Bergkartering Borrhål Forsmark Inventering av fauna Oskarshamn Kapslingsrör Bränsleelement av BWR-typ Urberg Marina undersökningar Mätning av nederbörd Informationsmöten Borrkärnor Bentonitlera Slutförvar för använt kärnbränsle Mätningar: tv-kameror, vattenflöden och borrhålsradar Biosfärslering slutförvar 5 Biosfärslering slutförvar 6 1

Att finna en plats Säkerhetsanalys med fokus på biosfären 1 2 3 45 Östhammar Forsmark 6 7 8 Oskarshamn Typområden 1977 1985 Möjligen lämplig berggrund Översiktsstudier Förstudier 1990-tal 1993 2002 Platsundersökningar 2002 2008 Platsval 2009 Biosfärslering slutförvar 7 Biosfärslering slutförvar 8 Föreskrifter och allmänna råd SSMFS 2008:21 och SSMFS 2008:37 Scenarios in the safety assessment SR-Site Människors hälsa och miljö ska skyddas Människor: årliga risken för skadeverkningar högst 10-6 för en representativ individ i den mest exponerade gruppen Individrisk årligt medelvärde från uppskattad livstidsrisk Omräkning dos -> risk: 5,7 % per sievert Miljö: biologisk mångfald och hållbart utnyttjande ska skyddas Klimatutvecklingen ska redovisas i ett antal scenarier Tidsperioder: - Fram till 1000 år efter förslutning - Tiden efter 1000 år: En glaciationscykel (Weichsel) Interglacial Periglacial Glacial Upp till 1 million år efter förslutning Main scenario Base variant (repetion of Weichselian glacial cycle) Greenhouse variant Additional scenarios related to loss of safety functions Buffer advection, freezing or transformation Canister failure (due to isostatic load, shear movement or corrosion) Scenarios related to future human actions Biosfärslering slutförvar 9 Biosfärslering slutförvar 10 Scenarier i säkerhetsanalysen SR-Site Huvudscenarier Basvariant (repetion av Weichsel-glaciationen) Global uppvärmning Tilläggsscenarier som har konsekvenser för barriärfunktioner Buffert: borttransport, frysning eller omvandling av bentonit Kapsel: hål eller brott pga isostatiska tryckförändringar, jordskalv eller korrosion Scenarier relaterade till mänskliga aktiviteter (intrång) Biosfärslering slutförvar 11 Biosfären i säkerhetsanalyser Landskapet och dess utveckling Biosfärsobjekt Doslering Preliminära resultat, SR-Site 2

Linked ecosystems Ecosystems Ecosystem entities Property Forest ecosystem production Conceptual of the Surface system -Abiotic/biotic descriptions and ling -System s -Linked s at landscape level Primary producers Lake ecosystem ecosystem Behov av platsdata (förhållanden och processer, både idag och historiskt / i framtiden): Akvatiska ekosystem (sjöar, vattendrag, hav) Terrestra ekosystem Kvartärgeologi Hydrologi Kemi i avlagringar, ytvatten och biota Landskapsutveckling Klimat Hypothetical radionuclide pathway Biosfärslering slutförvar 14 Climate domains Havsnivåförändringar i Forsmark under nuvarande glaciationscykel Reference glacial cycle Forsmark 2 phases of ice sheet coverage. Forsmark: 2900 m maximum When the ice sheet appears over the site, the permafrost stops growing and starts to slowly degrade Biosfärslering slutförvar 15 Biosfärslering slutförvar 16 Landskapsutveckling Landscape evolution in Forsmark -9000 AD 35000 AD (all areas that can be cultivated are used as arable land) 3

Modellerade utsläppspunkter från ett framtida förvar i Forsmark Biosfärsobjekt Modellerade utsläppspunkter = potentiella områden för utströmning av djupt grundvatten Nuvarande och framtida avrinningsområden 4

-present status Lake/ Lake/_A Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Lake/ 8015 Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/ until _A _A -present status AD Future lake Future lake Future lake Future lake 10300 AD_A Sedimentation Sedimentation Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Future lake Hydrological Hydrological Sedimentation Regolith Regolith Lake/ Lake/_A -present status Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Lake/mire 3497 AD Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A -present status Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Lake/ 5011 Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A -present status AD Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ -present status Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Lake/ 4783 Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A Lake/_A until _A _A _A _A _A _A _A -present status AD Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake 8000 AD Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Future lake Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Lake/ 2997 AD Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ -present status Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation s o e e dspace e t shoreline oe edspace displacement e shoreline oe e dspace displacement e s o e e dspace e t -present status -present status Lake/ 1902 AD -present status Lake/ 2848 AD Future lake s o e e dspace e t Lake/ 2409 Lake/ AD Future lake Future lake Sedimentation 2732 AD Shoreline Sedimentation displacement Hydrological Hydrological Regolith 3200 AD Shoreline displacement Hydrological -present status Lake/ 1888 Lake/ until AD 2800 AD Sedimentation Present status Future lake Hydrological Sedimentation Regolith Sedimentation Sedimentation Lake/ Future lake Sedimentation Sedimentation Hydrological Regolith Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ until Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake 10600 AD Sedimentation Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Sedimentation e Future lake Hydrological ydoogca Future lake Hydrological og Hydrological ydoogca Regolith Regolith Regolith Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Lake/ 4007 Lake/ Lake/ Lake/ until AD Future lake Future lake 5800 AD Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Future lake Sedimentation Sedimentation Future lake Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Lake/ 6482 Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ until AD Future lake Future lake Future lake 9100 AD Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Future lake Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Sedimentation Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Lake/ until 4500 AD Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Future lake Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Hydrological Sedimentation Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Regolith Present status Hydrological Hydrological Hydrological Regolith Regolith Regolith Lake/ 1898 Lake/ Lake/ Lake/ AD Future lake Future lake Future lake Present status Sedimentation Sedimentation Sedimentation Lake/ 4379 Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ Lake/ AD Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Future lake Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Sedimentation Lake/_A until >35000 AD Future lake _A Sedimentation Hydrological Regolith Lake/_A until >35000 AD Future lake Lake/_A until 27900 AD Future lake Lake/_A until 33500 AD Future lake Lake/ until >35000 AD Future lake _A Sedimentation Hydrological Regolith Lake/ until 20700 AD Future lake Sedimentation Hydrological ydoogca Regolith Lake/ until >35000 AD Future lake Sedimentation Hydrological Regolith Sedimentation Hydrological Regolith Sedimentation Hydrological Regolith Sedimentation Hydrological Regolith Sedimentation Hydrological Regolith Sedimentation Hydrological Regolith Sedimentation Hydrological Regolith Lake/ until 12200 AD Future lake Sedimentation Avrinningsområden + sjöar + lerade utsläppspunkter Biosfärsobjekt Nuvarande och framtida sjöar och vattendrag Biosfärsobjekt: Objekt i landskapet där ett potentiellt utsläpp från förvaret kan ge effekter på människa eller miljö Biosfärsobjektens id Biosfärsobjektens succession under innevarande tempererad period Idag Hav Sjö / myr Land Object ID 9500BC- 500AD 1000AD 1500 AD 2020AD 2500 AD 3000AD 3500 AD 4000AD 4500 AD 5000AD 5500 AD 6000AD 6500 AD 7000AD 7500 AD 8000AD 8500AD 9000AD 9500AD 10000AD 10500AD 11000AD 11500AD 12000AD until next climate stage 1 (Baltic Se 10 (Grepen 101 105 107 108 114 116 (Lake C 117 118 120 (Inlet c 121_01 121_02 121_03 (SF 123 124 (Puttan 125 (N:a Ba 136 (Bolun Objekt 116, Charlies sjö 126 Biosfärsobjektens id Framtida avrinningsområde för Charlies sjö Objekt 116, Charlies sjö 5

Förändringar av bottentyper i Bassäng 116 (avrinningsområde till Charlies sjö ) Vattendjup i Charlies sjö vid isolering från havet 16000000 14000000 12000000 10000000 (m 2 ) Area ( 8000000 6000000 Area acc. bottom Area trp. bottom Area ero. bottom Area land 4000000 2000000 0-10000 -8000-6000 -4000-2000 0 2000 4000 6000 Year AD Vassens utbredning i Charlies sjö 200 år efter isolering från havet Doslering Transportl: förråd och flöden av radionuklider för att beräkna aktivitetskoncentrationen i miljön Objektivt räknande Kräver antaganden om människors vanor och nyttjande av naturen Flöden: Hydrologiska Gasutbyte Sedimentation/resusp. Igenväxning Växtupptag/nedbrytn. Biosfärslering slutförvar 35 Enhetsutsläpp, 1 Bq/år 6

Transportlen: hanterar varje radionuklid separat (ca 40 st) enhetsutsläpp, 1 Bq/år i varje objekt för varje objekt beräknas flöden och koncentrationer med 1 års tidssteg under hela interglacialen (60 000 år) Transportlen Exponeringsl Biosfärslering slutförvar 38 Exponeringslen Grundantagande: Människor lever hela sitt liv i och får hela sin försörjning från ett och samma biosfärsobjekt Föda från: Våtmark / myr (bär, jakt) Jordbruksmark (säd, potatis, grönsaker, foder, husdjur) Sjö / hav (fisk, kräftor, musslor) Dessutom beräknas dostillskott från: Dricksvatten Bevattning från brunn / ytvatten Inandning av damm utomhus Resultat från transportl + exponeringsl För samtliga radionuklider beräknas för varje tidpunkt (år) och biosfärsobjekt en doskonverteringsfaktor Den högsta doskonverteringsfaktorn för en viss radionuklid, taget över alla tidpunkter och alla objekt, kallas LDF (Landscape Dose Factor) LDF multipliceras sedan med beräknat utsläpp av samtliga radionuklider vid olika scenarier för att beräkna dos till människa Biosfärslering slutförvar 39 Biosfärslering slutförvar 40 Några preliminära resultat LDF Interglacial 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11 1,00E-12 1,00E-13 1,00E-14 1,00E-15 LDF per radionuklid, preliminära resultat från SR-Site 7

Radionuclide LDF Time N Landscape object Ag 108m 7.14E 13 73.67 lobj125 9400 Am 241 2.30E 12 9400 78.89 lobj121_03 Am 243 2.38E 12 9400 78.89 lobj121_03 C 14 1.24E 11 2750 1.43 lobj118 Ca 41 9.90E 14 3900 78.89 lobj121_03 Cl 36 5.84E 13 3900 78.89 lobj121_03 Cm 244 1.37E 12 4700 78.89 lobj121_03 Cm 245 2.78E 12 9400 78.89 lobj121_03 Cm 246 2.69E 12 9400 78.89 lobj121_03 Cs 135 2.10E 13 9400 80.35 lobj124 Cs 137 1.65E 13 5450 78.89 lobj121_03 Ho 166m 8.29E 13 9400 80.35 lobj124 I 129 6.46E 10 4050 78.89 lobj121_03 Nb 94 4.01E 12 9400 80.35 lobj124 Ni 59 7.39E 14 9400 78.89 lobj121_03 Ni 63 3.02E 15 8700 78.89 lobj121_03 Np 237 4.84E 11 3200 0.88 lobj118 Pa 231 1.04E 11 9400 78.89 lobj121_03 Pb 210 8.47E 12 9350 78.89 lobj121_03 Pd 107 6.73E 15 9400 78.89 lobj121_03 Po 210 1.38E 11 3900 78.89 lobj121_03 Pu 239 2.96E 12 9400 78.89 lobj121_03 Pu 240 2.91E 12 9400 78.89 lobj121_03 Pu 242 2.86E 12 9400 78.89 lobj121_03 Ra 226 2.21E 11 9400 78.89 lobj121_03 Se 79 1.21E 09 4750 78.89 lobj121_03 Sm 151 1.23E 15 8450 78.89 lobj121_03 Sn 126 2.47E 11 9400 78.89 lobj121_03 Sr 90 4.73E 13 4750 78.89 lobj121_03 Tc 99 8.98E 13 2850 1.06 lobj118 Th 229 6.72E 12 9400 78.89 lobj121_03 Th 230 4.76E 11 9400 80.35 lobj124 Th 232 3.27E 12 9400 78.89 lobj121_03 U 233 2.50E 12 9400 78.89 lobj121_03 U 234 4.86E 12 9400 78.89 lobj121_03 U 235 2.76E 12 9400 78.89 lobj121_03 U 236 1.85E 12 9400 78.89 lobj121_03 U 238 1.87E 12 9400 78.89 lobj121_03 Zr 93 2.77E 14 9400 78.89 lobj121_03 Example of resulting LDF table Interglacial variant Radionuclide Dose conversion factor (Sv/Bq) Time during the interglacial Size of human population Biosphere object 107 117 118 120 125 136 108 116 121_03 121_02 121_01 124 101 110 112 1 105 109 113 115 123 146 114 Cl-36 will give highest dose to a population living on arable land above SFR year 3900. The area of interest (Object 121_3) can sustain 80 persons Preliminary, Ra-226 will be the main contributor to risk in SR-Site This happens in year 9400 in the same object as for Cl-36 (121_3). The area of interest (contaminated land) can sustain a population of 80 people. Resultat från den senaste säkerhetsanalysen, SR-Can Preliminära resultat från SR-Site, december 2009 (deterministiska beräkningar; en kapsel genomkorroderad efter 100,000 år, advektion, thoriumsorption i kapsel) 1000 Background radiation Annual effective do ose; far-field [μsv] 100 10 1 0.1 0.01 0.001 Regulatory limit Sum Pu-240 Am-241 Np-237 Th-229 Sn-126 Tc-99 I-129 Se-79 Pu-242 Th-230 Ra-226 Pb-210 Am-243 Pu-239 Pa-231 Cs-137 0.0001 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000 10,000,000 Time [yr] Biosfärslering slutförvar 48 8

Deterministic vs. Probabilistic Radionuclide I-129 for lobj121_03 at year 4050, number of samples=10000 Dose_ing_total[I-129] for lobj121_03 at year 4050 1000 900 800 Sammanfattning Biosfären har ingen säkerhetsfunktion i förvarssystemet Säkerhetsanalysen omfattar mycket långa tidsperspektiv Frequency of dos se 700 600 500 400 300 Omfattande kunskap om den valda platsen nödvändig Preliminära resultat indikerar att det planerade slutförvaret i Forsmark inte kommer att ge utsläpp över gränsvärden under 1 miljon år 200 100 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Sv/y x 10-10 9