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Endlagerung: Rechenprogramme & Codes

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Die GRS entwickelt Rechencodes, mit denen sich Abläufe in einem Endlager für radioaktive Abfälle und dem überlagernden Deckgebirge simulieren lassen. Die Codes beschreiben zum Beispiel  die Bewegung von Grundwasser oder Gasen und den Transport von Schadstoffen, die unter Umständen aus dem Endlager freigesetzt werden können. Der Transport der freigesetzten Schadstoffe erfolgt entweder durch Strömungsvorgänge von Lösungen oder Gasen („Fluiden“) im Untergrund oder durch Diffusion. Gleichzeitig können bestimmte Rückhaltungsprozesse den Transport der Stoffe verlangsamen.

Grundlage für die Modellierungen bilden unter anderem die Ergebnisse aus der experimentellen Forschung im Geowissenschaftlichen Labor der GRS oder in internationalen Untertagelabors. Durch den Vergleich von Rechen- mit Versuchsergebnissen werden die Codes stetig verbessert und weiterentwickelt.

Einsatzgebiete der Software
Einsatz finden die Rechenprogramme unter anderem

•    bei Sicherheitsanalysen und -nachweisen für Endlager,
•    beim Erarbeiten und Prüfen von Endlagerkonzepten,
•    bei der Modellierung endlagerrelevanter Prozesse auf Basis von Versuchen bzw. bei der Skalierung der Modelle auf Bedingungen im realen Endlager
•    bei wissenschaftlichen Fragen rund um die Standortsuche oder
•    beim Vergleich von Endlagern in unterschiedlichen Wirtsgesteinen.
 

Übersicht der GRS-Rechencodes zur Simulation von Prozessen in Endlagern (Grafik: GRS)

1. Hydromechanisch gekoppelte Codes: TFC
Hydromechanisch gekoppelte Codes ermöglichen es, die vielfältigen thermischen, hydraulischen, mechanischen und chemischen Prozesse im Endlager gleichzeitig zu untersuchen und auf diese Weise Wechselwirkungen aufzuzeigen. Für die Berechnung solcher Prozesse hat die GRS den Code TFC erarbeitet.

2. Codes für die Modellierung des Transports: TOUGH2-GRS, RepoTREND, d3f++, MARNIE
Codes zur Transportmodellierung simulieren die Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen und den darauf basierenden Transport von Schadstoffen oder Wärme. Zu dieser Gruppe gehört der GRS-Code TOUGH2-GRS, mit dem sich mehrdimensionale thermische und hydraulische Prozesse berechnen lassen. Damit lässt sich zum einen die Verteilung der Wärme als auch die Bewegung von Grundwässern, Gasen oder Radionukliden durch den Untergrund nachvollziehen. Mit der Version TOUGH-MP-GRS können diese Berechnungen noch schneller durchgeführt werden, da sie auf mehreren Prozessoren gleichzeitig läuft.

Das Programmpaket RepoTREND wurde als integrierter Computercode entwickelt, der eine Vielzahl von Modulen für die Berechnung des Radionuklidtransports in den Einlagerungsorten (z.B. eines Grubengebäudes), im Wirtsgestein, im Deckgebirge und Grundwasser sowie Freisetzung von Radionukliden in die Biosphäre und folglich radiologischer Konsequenzen bereitstellt.

Mit dem GRS-Programm d3f++ kann die Grundwasserströmung in Abhängigkeit von variablen Dichteverhältnissen in hydrogeologisch komplex aufgebauten zwei- oder dreidimensionalen Gebieten im großen Maßstab und für lange Zeiträume modelliert werden. Bei der Simulation des Schadstofftransports werden die für die Endlagerung relevanten Prozesse berücksichtigt, zum Beispiel der radioaktive Zerfall und Sorptionsprozesse. Spezifisch für diesbezügliche Simulation in Salzgestein hat die GRS das Rechenprogramm MARNIE entwickelt.

3. Rechencodes für das Qualitätsmanagement
Neben der Untersuchung der Phänomene in Endlagern ist die Prüfung und Validierung der Codes selbst ein wichtiger Teil der Endlagerforschung der GRS. Der GRS-Rechencode SITA erlaubt eine Prüfung verschiedener Codes anhand von Testfällen. Dabei können die Rechenergebnisse einer weiterentwickelten Codeversion mit denen der Vorgängerversion verglichen werden, um mögliche Inkonsistenzen und Programmfehler aufzudecken. Da SITA die Ausführung und Auswertung der Testfälle automatisiert, kann die Prüfung auf Programmfehler häufig erfolgen, was vor allem bei der Weiterentwicklung von Codes wichtig ist.

4. VIRTUS – Das virtuelle Untertagelabor
Mit VIRTUS hat die GRS gemeinsam mit anderen Forschungsinstitutionen das erste virtuelle Untertagelabor der Welt entwickelt. Forscher können mit ihm virtuelle Experimente in einer detailgetreuen 3D-Nachbildung von Endlagerbergwerken in realen geologischen Formationen durchführen. Die Software eignet sich auch dafür, die Öffentlichkeit verständlicher über das Thema Endlagerung zu informieren.

 

Weitere Informationen
Broschüre „Entsorgung radioaktiver Abfälle: Kompetenzen und Leistungen“