Modelling groundwater contamination above a nuclear waste repository at Gorleben, Germany

Abstract

The candidate repository for high-level nuclear waste in the Gorleben salt dome, Germany, is expected to host 8,550 tonnes of uranium in burnt fuel. It has been proposed that 5,440 waste containers be deposited at a depth of about 800 m. There is 260–280 m of siliciclastic cover sediments above the proposed repository. The potential groundwater contamination in the siliciclastic aquifer is simulated with the TOUGHREACT and TOUGH2-MP codes for a three-dimensional model with 290,435 elements. Two deterministic cases are simulated. The single-phase case considers the transport of radionuclides in the liquid phase only. The two-phase case accounts for hydrogen gas generated by the corrosion of waste containers and release of gaseous C-14. The gas release via a backfilled shaft is assumed to be steady (non-explosive). The simulation period is 2,000,000 years for the single-phase case and 7,000 years for the two-phase case. Only the radioactive dose in the two-phase case is higher than the regulatory limit (0.1 mSv/a).

Résumé

Le stockage proposé dans le dôme de sel de Gorleben, Allemagne, pour les déchets nucléaires de haute activité devrait pouvoir contenir 8,550 tonnes d’uranium de combustible brûlé. On se propose de stocker 5,440 conteneurs de déchets à une profondeur de 800 m environ. Il y a une couverture de sédiments silico-clastiques 260–280 m au-dessus du dépôt proposé. La contamination potentielle de l’eau souterraine de l’aquifère silico-clastique est simulée à l’aide des programmes TOUGHREACT et TOUGH2-MP comme modèle tri-dimensionnel à 290,435 mailles. Deux scénarios déterministes sont simulés. Le scénario mono-phasique considère le transfert des radionucléides dans la phase liquide seulement. Le scénario di-phasique prend en compte l’hydrogène gazeux généré par la corrosion des conteneurs de déchets et le relargage du C-14 gazeux. Le gaz relâché via un puits de mine obstrué est présumé stable (non explosif). La période de simulation est de 2,000,000 ans pour le scénario mono-phasique et de 7,000 ans pour le scénario di-phasique. Seule la dose radioactive du scénario di-phasique est supérieure au seuil réglementaire (0.1 mSv/a).

Zusammenfassung

Das geplante Endlager für hochradioaktiven Müll im Salzstock Gorleben (Deutschland) ist für 8,550 Tonnen Uran in abgebranntem Kernbrennstoff ausgelegt. Es wird angenommen, dass 5,440 Abfallbehälter in ungefähr 800 m Tiefe eingelagert werden. Das siliziklastische Deckgebirge über dem geplanten Endlager ist 260–280 m mächtig. Die mögliche Verunreinigung des Grundwassers im Deckgebirge wird mit den Computerprogrammen TOUGHREACT und TOUGH2-MP in einem dreidimensionalen Modell mit 290,435 Elementen simuliert. Zwei deterministische Varianten werden berechnet. Die einphasige Variante berücksichtigt nur den Radionuklid-Transport in der flüssigen Phase. Die zweiphasige Variante berücksichtigt sowohl die Entstehung von Wasserstoff-Gas infolge der Korrosion der Abfallbehälter als auch die Freisetzung von C-14 in der Gasphase. Es wird hierbei angenommen, dass das Gas gleichmäßig (nicht explosionsartig) durch den verfüllten Schacht des Endlagerbergwerks entweicht. Der Simulationszeitraum beträgt 2,000,000 Jahre für die einphasige Variante und 7,000 Jahre für die zweiphasige Variante. Nur in der zweiphasigen Variante liegt die radioaktive Dosis über dem nationalen Grenzwert (0.1 mSV/a).

Resumen

Se espera que el repositorio candidato para los residuos nucleares de alto nivel en el domo salino de Gorleben, Alemania, aloje 8,550 toneladas de uranio de combustible consumido. Se ha propuesto que 5,440 contenedores de residuos sean depositados a una profundidad de alrededor de 800 m. Existen 260–280 m de una cubierta de sedimentos silicoclásticos sobre el repositorio propuesto. La contaminación potencial del agua subterránea en acuíferos silicoclásticos se simula con los códigos TOUGHREACT y TOUGH2-MP para un modelo tridimensional con 290,435 elementos. Se simulan dos casos determinísticos. El caso de fase simple considera el transporte de radinucleidos en la fase líquida solamente. El caso de dos fases tiene en cuenta el gas hidrógeno generado por la corrosión de los contenedores de residuos y la liberación de C-14 gaseoso. Se supone que la liberación del gas a través del tiraje del relleno es inerte (no explosivo). El período de simulación es de 2,000,000 de años para el caso de una sola fase y 7,000 años para el caso de dos fases. Sólo la dosis radiactiva en el caso de dos fases es mayor que el límite regulatorio (0.1 mSv/a).

摘要

德国Gorleben盐丘是高放核废物处置的候选场地, 将用于贮藏8,550吨乏燃料中的铀。已提议将5,440个废物器皿埋藏于地下800m处。储层上方有260-280m厚的硅质碎屑沉积物盖层。针对可能带来的硅质碎屑含水层地下水污染, 本文采用TOUGHREACT 和 TOUGH2-MP软件建立了三维模型, 且剖分网格290,435个, 模拟了两种确定性情景。单相情景只考虑了液相中放射性元素的迁移。两相的情景考虑了废物罐受到腐蚀释放出氢气与碳-14。假定释放的气体在通过回填井时稳定 (无爆炸性) 。单相模拟期为2,000,000年, 两相模拟期为7,000年。结果表明仅在两相情景下, 放射剂量超过规定限度 (0.1 mSv/a) 。

Resumo

O depósito de resíduos nucleares de alto nível previsto para o domo salino de Gorleben, na Alemanha, espera poder vir a armazenar 8,550 toneladas de urânio em combustível usado. Tem sido proposto que os 5,440 contentores de resíduos nucleares sejam depositados a uma profundidade de cerca de 800 m. Existem entre 260 a 280 m de sedimentos siliciclásticos a cobrir o referido depósito de resíduos. O potencial de contaminação das águas subterrâneas no aquífero siliciclástico é simulado com os códigos TOUGHREACT e TOUGH2-MP para um modelo tridimensional com 290,435 elementos. São simulados dois casos determinísticos. O caso monofásico considera apenas o transporte de radionuclídeos na fase líquida. O caso de duas fases contabiliza o gás de hidrogénio gerado pela corrosão de contentores de resíduos e a libertação de gases C-14. É assumido que a libertação de gás através do poço de acesso ao depósito é estável (não explosiva). O período de simulação é de 2,000,000 anos para o caso monofásico e 7,000 anos para o caso de duas fases. Apenas no caso de duas fases a dose radioactiva é maior que o limite regulamentar (0.1 mSv/ano).