Endlagerung: GRS entwickelt Simulationssoftware RepoTREND zur Analyse der Langzeitsicherheit

31.01.2017

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Ein Endlager soll radioaktive Abfälle für einen langen  Zeitraum sicher von der Umwelt abschließen. Ob dies für einen Standort zutrifft, untersuchen Wissenschaftler mit der sogenannten Langzeitsicherheitsanalyse. Forscher setzen dabei spezielle Simulationsprogramme ein, um die komplexen Prozesse in einem Endlager über diesen langen Zeitraum vorherzusagen.

Die GRS hat mit RepoTREND (Transport and REtention of Non-decaying and Decaying contaminants in final REPOsitory) ein Programm entwickelt, mit dem sich eine mögliche Freisetzung von Schadstoffen aus dem Endlager berechnen lässt. Das durch Mittel des Bundeswirtschaftsministeriums geförderte RepoTREND ermöglicht eine umfassende Betrachtung von denkbaren Freisetzungen aus dem Endlager bis hin zum Menschen und seiner Umwelt.

Umfassende Simulation von der Freisetzung bis zur Dosis

RepoTREND ist modular aufgebaut, um die Freisetzung der Radionuklide in den beteiligten unabhängigen Teilsystemen untersuchen zu können.

Ein Modul von RepoTREND simuliert mögliche Freisetzungen im Nahfeld des Endlagers in den verschiedenen Wirtsgesteintypen Salz-, Ton- und Kristallingestein. Das Teilsystem Nahfeld umfasst das Grubengebäude des Endlagers mit den eingelagerten Abfallgebinden. Simuliert wird hier beispielsweise die Korrosion von Abfallbehältern, der radioaktive Zerfall, die Mobilisierung von Stoffen, aber auch die Bildung von Gasen oder die Entwicklung der Temperatur.

Ein weiteres Teilsystem ist die Geosphäre. RepoTREND untersucht dabei, was mit den radioaktiven Stoffen geschieht, die das Endlagersystem beispielsweise durch Grundwasserzutritt verlassen konnten. Die Schadstoffe gelangen ins tiefe Grundwasser, werden verdünnt, aufgehalten oder weitertransportiert – möglicherweise bis zu einem oberflächennahen Grundwasserleiter und damit bis in die Biosphäre.

Die Biosphäre stellt das dritte Teilsystem dar, das mit RepoTREND untersucht werden kann. Für Prognosen werden hier mögliche Expositionspfade radioaktiver Stoffe betrachtet. Der Expositionspfad beschreibt, wie der menschlichen Körper mit Strahlung in Kontakt kommt und gibt wichtige Hinweise für die Berechnung der effektiven Dosis. Radioaktive Stoffe können beispielsweise über die Nahrung oder das Trinkwasser in den menschlichen Körper gelangen („interne Exposition“) oder von außen auf den Körper einwirken („externe Exposition“).

Über die drei Teilbereiche Nahfeld, Geosphäre und Biosphäre ermöglicht RepoTREND eine ganzheitliche Betrachtung möglicher Freisetzungsszenarien.

Der Umgang mit Unsicherheiten in den Daten

Das Programmpaket RepoTREND ermöglicht neben der deterministischen − d. h. auf festen Eingabedaten beruhenden Untersuchung genau definierter Rechenfälle − auch statistische Analysen. Der Grundgedanke ist dabei, die mit signifikanten Ungewissheiten behafteten Eingabedaten durch geeignete statistische Verteilungen zu repräsentieren. Mit dem Zusatzprogramm RepoSTAR werden dazu, entsprechend ihrer Wahrscheinlichkeit, Eingabedaten vielfach gewürfelt  und dann jeweils ein Rechenlauf durchgeführt. Die so erzeugten Ergebnisse werden statistisch analysiert und erlauben Rückschlüsse auf die Aussagesicherheit der Analyse.

Dies wird auch als Ungewissheitsanalyse oder Unsicherheitsanalyse bezeichnet. Mithilfe geeigneter Verfahren kann die Sensitivität des Systems gegenüber Schwankungen in den verschiedenen Eingabedaten ermittelt werden. Eine derartige globale Analyse kommt zum einen dem generellen Verständnis des Endlagersystems zugute, zum anderen identifiziert sie die Eingabedaten, die sich stark auf das Ergebnis auswirken und deren genauere Kenntnis die  Aussagesicherheit der Analyse deutlich verbessern würde.

Anwendung: RepoTREND für den Langzeitsicherheitsnachweis

RepoTREND steht Wissenschaftlern, Gutachtern und Behörden zur Verfügung, um die Freisetzung von Schadstoffen zu untersuchen, und kann somit für einen Langzeitsicherheitsnachweis genutzt werden. Der Langzeitsicherheitsnachweis attestiert im Rahmen eines Genehmigungsverfahrens für ein Endlager den langfristigen sicheren Einschlusses von radioaktiven Abfällen anhand von wissenschaftlichen Kriterien. Er muss den zuständigen Behörden zur Prüfung vorgelegt werden.

Abbildung der verschiedenen Expositionspfade mit externer Exposition (Strahlung wirkt von außen auf den Körper ein) und interner Exposition (Aufnahme radioaktiver Stoffe in den menschlichen Körper z. B. über die Atemwege oder mit der Nahrung)

Weitere Informationen

RepoTREND
GRS-Bericht „RepoTREND: Das Programmpaket zur integrierten Langzeitsicherheitsanalyse von Endlagersystemen
GRS-Bericht „RepoSTAR: Ein Codepaket zur Steuerung und Auswertung statistischer Rechenläufe mit dem Programmpaket RepoTREND