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Rubrik: Tagesberichte

ETH-Geophysiker testen neue Messmethode
Schiessen im Berg

Published: 12.04.2007 06:00
Modified: 12.04.2007 11:14
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Im Felslabor der Nagra am Grimsel testen Geophysiker der ETH neue, kabellose Messmethoden, mit denen dereinst geologische Tiefenlager für radioaktiven Abfall überwacht werden könnten. Forschung, die Geduld braucht.



Peter Rüegg (mailto:peter.rueegg@cc.ethz.ch)

„Plong!“. Ein dumpfer Knall hallt durch den mit Neonröhren beleuchteten Stollen. Das schwache Echo ist ein Piepsen. Dann wieder: Plong. Piepsen. Plong. Piepsen. Auf einem Stuhl im Halbdunkel sitzt James Irving, ein Postdoktorand der Uni Lausanne. Hinter ihm ist eine grell beleuchtete Spritzbetonwand zu sehen, auf deren Oberfläche Seismometer installiert sind, sensible Messinstrumente, die seismische Wellen registrieren. Nach dem vierten Knall zieht James das Kabel 25 Zentimeter weit aus dem Bohrloch hinaus. Der Knall wird hörbar lauter. Unbeeindruckt sitzt Magie Maurer vor dem Bildschirm und betrachtet die Muster der Schallwellen, die der Computer aufzeichnet. Der Projektleiter, Hansruedi Maurer vom ETH-Institut für Geophysik (1) , zieht gelegentlich das Kabel nach und wickelt es auf.

Messen ohne Bohrlöcher im Betonverschluss

Die drei Forschenden befinden sich im Felslabor der Nagra am Grimsel, am Ende eines 1300 Meter langen Stollens, 400 Meter Berg über sich (2) . Im Auftrag der britischen Firma Nirex in Kooperation mit der Nagra testen sie derzeit eine neue Messmethode, die es ermöglichen soll, den Zustand von Lagerstollen in einem zukünftigen geologischen Tiefenlager für radioaktiven Abfall zu überprüfen, ohne den mehrere Meter dicken Betonverschluss mit Bohrlöchern zu verletzen. „Jedes Loch ist eine potenzielle Schwachstelle“, gibt Maurer zu verstehen. Man suche deshalb nach zerstörungsfreien Messmethoden, um das Verhalten des Lagers zu überprüfen, ohne dass darin Sensoren vorhanden sein müssen.

Um ihre Messmethode zu testen, bohrten die Forscher in den Granit rund um den Betonverschluss sechs, 25 Meter lange Löcher, die mehrere Meter am potenziellen Lagerstollen vorbeizielen. In drei der Löcher führen die Forscher einen Sparker ein, der seismische Wellen erzeugt. Der Sparker ist im Prinzip eine überdimensionierte Zündkerze, in der sich eine Ladung von 5000 Volt aufbaut, die sich mit einem Schlag entlädt. Dabei entsteht dieser Knall. Alle 25 Zentimeter schiessen die Forscher viermal. Tausende von Schüssen sind nötig, um genügend Daten sammeln zu können. Die Schallwellen des Schusses durchdringen den Fels und treffen hinter dem Betonverschluss auf eine rund einen Meter dicke Bentonitprobe, die das Stollenende ganz ausfüllt. Dieses Material streut oder wirft die Wellen zurück. Ändern sich die Eigenschaften des Bentonits, so werden auch die Schallwellen, eigentliche Minierdbebenwellen, anders reflektiert. Dies wollen die Forscher ausnützen, um ohne den Betonverschluss zu zerstören, Aussagen über die Veränderungen in zukünftigen Lagerstollen für radioaktive Abfälle machen zu können.

Dreidimensionale Darstellung möglich

Die jeweils 24 hochempfindlichen Seismometer, die in den restlichen drei Löchern entlang eines Kabels sowie auf der Oberfläche des Betonverschlusses sitzen, registrieren die im Fels und die an der Bentonitprobe gestreuten und reflektierten Schallwellen. Die Signale werden in einem Computer gesammelt und verarbeitet. Die Bohrlöcher sind so angeordnet, dass aus den aufgezeichneten Signalen dreidimensionale Informationen über die Eigenschaften des Gesteins und der eingebrachten Materialen ableitbar sind.

Im Felslabor der Nagra testen ETH-Geophysiker unter der Leitung von Hansruedi Maurer (r.) neue Messmethoden. (Bild: comet photoshopping / Dieter Enz)

Die britische Auftraggeberin ist vor allem daran interessiert, wie sich die in einem Tiefenlager in Granit gelagerten Materialien, wie zum Beispiel der Bentonit oder Beton, unter dem Einfluss der natürlichen Aufsättigung verhalten.

Bentonit dichtet ab

Auf Grund seiner besonderen Eigenschaften gilt Bentonit zur Zeit als bevorzugtes Material, um Abfallbehälter mit radioaktivem Material, etwa abgebrannten Brennstäbe aus einem AKW, einzuschliessen. Das tonhaltige, poröse Material saugt sich bei Wasserkontakt auf Grund seiner Materialeigenschaften voll. Dadurch nimmt es an Volumen zu und dichtet den Einlagerungsbereich zusätzlich ab. Im aufgesättigtem Zustand ist Bentonit rund dreimal so voluminös wie im trockenen Zustand. Für ein Tiefenlager hiesse das, dass beispielsweise Grundwasser, das aus dem Fels in die Lagerstollen eindringt, nicht durch die Bentonitschicht dringen und radioaktives Material auswaschen und abführen kann.

"Ende März wollen wir mit der Aufsättigung der Bentonitprobe im Felslabor beginnen", erklärt Maurer. Damit änderten sich auch ziemlich rasch seine Eigenschaften. Diese Veränderungen wollen die Geophysiker in der dritten Aprilwoche wieder messen. Interessiert sind die Forscher aber vor allem daran, wie sich der Bentonit über die Jahre hinweg verändert. Was passiert, wenn sich der Bentonit mit Wasser vollsaugt? Bleibt sein Volumen konstant? Dichtet er genug gut ab, wenn Grundwasser in den Stollen gelangt?

ETH soll Beitrag zur Lösung liefern

Auf rund drei Jahre ist das Experiment angelegt, drei Jahre, in denen die ETH-Geophysiker regelmässig in diesem dunklen Stollen vom Berg verschluckt bei kühlen 13C werden ausharren müssen. „Plong!“. Jetzt ist der Knall richtig laut, schmerzt in den Ohren. Der Sparker ist nun ganz nah am Ausgang des Bohrlochs. James hat den Gehörschutz auf. Noch dreimal knallt’s, zweimal, einmal, Schluss. Die Messreihe ist für heute beendet. Es ist gut gelaufen. Schneller als geplant sind sie fertig und Hansruedi Maurer ist die Zufriedenheit anzusehen. Für ihn ist diese Forschung keine Frage, ob man von Atomkraftwerken überzeugt ist oder nicht. Der Abfall sei nun mal da, das sei Realität, ob man das wolle oder nicht. Die ETH als nationale Institution sei deshalb verpflichtet, Beiträge zur Lösung dieses Problems zu leisten.

Footnotes:
(1) Website des Instituts: www.aug.geophys.ethz.ch/
(2) Felslabor Nagra: www.nagra.ch/index1.tpl?iid=l76a1b5c2d30e&iid2=5&lang=1&str=a5b76c&cart=


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