Approaches to Disposal of Nuclear Waste Michael I. Ojovan

4. Multibarrier Approach 
4.1. Multi-Barrier Defence System 
Disposal facilities generally rely on a multi-barrier defence system to isolate the waste 
from the biosphere. This adds on to the potential ways of preventing radionuclides’ mi-
gration out of disposal, a number of barriers, which altogether make their migration fully 
stopped for certain times and significantly delayed. A schematic of a multi-barrier system 
used in nuclear waste disposal is shown in Figure 6. 
(
a
) 
(
b
) 
Figure 6. 
Schematic of multi-barrier system in nuclear waste disposal: (
a
) the two main barrier sys-
tems—engineered barrier system (EBS) and natural geological barrier (NGB); (
b
) the UK Nuclear 
Decommissioning Authority (NDA) example (courtesy of NDA, Moor Row, England, UK). Repro-
duced with permission of the IAEA from [11]. 

---

Energies
2022
,
 15
, 7804 
12 of 24 
The multi-barrier system typically comprises the natural geological barrier, termed 
the natural barrier system (NBS), provided by the host rock and an engineered barrier 
system (EBS), which is illustrated by Figure 6. The EBS includes several components such 
as the wasteform; container; liners and backfills; and facility walls and backfills. These 
barriers act in concert, initially to contain the radionuclides and then to limit their release 
to the accessible environment. The near-surface disposal facilities rely mainly on EBS 
whereas deep geological disposal facilities (GDF) utilise NBS as the main barrier, acting 
on geological time scales [2,3]. 
4.2. Engineered Barrier System (EBS) 
The role of the EBS in the disposal is to ensure the complete containment of short-
lived radionuclides. EBS is the unique and most important barrier in a NSDF, which pro-
tects the environment and humans from waste radionuclides and associated radiations. 
The first barrier within EBS is represented by durable wasteforms, such as cements and 
glasses, which reliably contain and significantly limit any potential radionuclide release 
into the environment [23,30,31]. The next barrier is the container, which also prevents ra-
dionuclide releases. Backfilling (buffering) is used to fill the bulk of void spaces in disposal 
facilities in order to limit water ingress and stabilise the disposal/storage system. The 
buffer materials are usually in the form of clay minerals such as bentonite, aiming also to 
retain radionuclides and delay their release into the environment. EBS of GDFs aim to 
completely confine the short-lived fraction of HLW whereas over very long (geological) 
times the NBS remains the most important barrier. Tables 4 and 5 show the major EBS 
components of GDFs and provide information on their functions and expected lifetimes 
[23,32].