entdeckt 02/2015 - Uran, Plutonium & Co.

entdeckt 02.15 TITEL WWW.HZDR.DE die Geochemie der Actiniden, also radioaktiver Elemente wie zum Beispiel Plutonium. Sie interessieren sich dabei für die Wechselwirkungen zwischen Mineral und Radionuklid. Denn das Mineral stellt eine natürliche Barriere dar, welche die Nuklide daran hindert, sich auszubreiten. Was auf molekularer und atomarer Ebene abläuft, wenn eine Radionuklid-Lösung auf die Oberfläche eines Minerals trifft, ist jedoch äußerst vielschichtig und noch nicht bis ins Detail bekannt. In der Re- gel lagern sich die Radionuklide auf der Mineraloberfläche an. Dabei können sie als „nackte“ Ionen mehr oder weniger fest gebunden werden oder aber von einer Hülle aus Wassermole- külen umgeben sein. Seltener kommt es vor, dass ein Radionu- klid fest in das Kristallgitter des Wirtsminerals eingebaut wird. Manche Actiniden bilden auch einen größeren Verbund, ein sogenanntes Kolloid, das auf der Oberfläche festgehalten wird, manchmal aber auch ein ganz abweichendes Verhalten zeigt. Mineral und Actinid im Röhrchen Moritz Schmidt und seine Mitarbeiter schauen sich diese Vorgänge im Labor ganz genau an. Welche Bindungszustän- de liegen vor, wie ist die Koordinationsumgebung für das Radionuklid, welche Konzentrationen werden erreicht? Dabei untersuchen die HZDR-Forscher verschiedene Wirtsminerale, darunter Calcit, auch Kalkspat genannt, ein Calciumcarbonat- Mineral. Denn, so erläutert Moritz Schmidt: „Calcit kommt häufig vor. Außerdem ist er das Abbauprodukt von Beton, welcher beim Ausbau von Endlagern verwendet wird.“ Als weitere geologische Wirtsformation erforschen die Chemiker Muskovit, ein ebenfalls häufig vorkommendes silikathaltiges Mineral, das große Anteile in Granit hat. Um die Wechselwir- kung zwischen einer Mineralprobe mit Radionukliden unter die Lupe zu nehmen, müssen die Forscher die Bedingungen unter Tage im Labor nachstellen. Schmidt: „Wir verschließen das Mineral und unser Actinid in einem Kunststoffröhrchen. Dann wird permanent geschüttelt und regelmäßig eine Probe entnommen.“ Zur Untersuchung der Proben stehen modernste Analysegeräte zur Verfü- gung. Eines davon ist die sogenannte zeitaufgelöste laserinduzierte Fluores- zenz-Spektroskopie, die die Fachleute kurz TRLFS nennen. Die Proben werden mit Laserlicht, dessen Frequenz in winzigen Schritten verändert wird, bestrahlt und senden daraufhin charak- teristische Fluoreszenz-Strahlung aus. Aus den Messkurven, die an ultrakalten Proben aufgenommen werden, lässt sich zum Beispiel ablesen, wie ein Ion koordiniert ist, wie viele Wassermole- küle seine Hülle bilden, wie viel auf der Mineral-Oberfläche haftet und wie stark seine Bindung an das Mineral ist. MESSZEIT: Die HZDR-Forscher nutzen derzeit die Anlagen der „Advanced Photon Source“ des Argonne National Laboratory in Chicago, bauen aber einen eige- nen Messplatz in Grenoble auf.

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