Forschung in der Radiochemie: Actiniden in Biosystemen

Das grundlegende Forschungsziel besteht in der Bestimmung des chemischen Zustandes von Actiniden/Radionukliden nach dem Transfer in biologische Systeme.

Für zuverlässige Aussagen zur Actinidenmigration vom Ort der ursächlichen Kontamination in das geologische und biologische Umfeld und den daraus resultierenden Gefahren für Mensch und Umwelt ist das Wissen zur chemischen Speziation der Actiniden im Boden/Porenwasser an den Grenzflächen zu den Biosystemen und in den Biosystemen erforderlich.

Bisher wird zur Abschätzung der radioökologischen Belastungen über den Nahrungspfad der Transferfaktor bzw. der Uptake, beides Summenparameter, die die chemischen Wechselwirkungen unberücksichtigt lassen, benutzt. Der grundsätzliche methodische Forschungsansatz besteht darin, diesen Transfer in die bestimmenden physiko-chemischen Teilprozesse aufzugliedern. Die spektroskopische Aufklärung des tatsächlichen chemi-schen Zustandes der Actiniden (Speziation) in den jeweiligen Biosystemen bildet dabei das Hauptziel.

Bakterien sind in der Umwelt ubiquitär. Deshalb ist der Forschungsschwerpunkt gegenwärtig die Aufklärung der Diversität und Aktivität der natürlichen Bakterienpopulationen in den mit Uran kontaminierten Gebieten des ehemaligen Uranerzbergbaus. Es sind die Wechselwirkungen von Bakterienstämmen, die aus Halden, Gruben und Tailings des ehemaligen Uranerzbergbaues isoliert wurden, mit Uran zu erforschen. Dabei ist es wichtig, diejenigen biologischen und chemischen Parameter zu erkennen, die für die ver-schiedenen Wechselwirkungen von Bakterien mit Actiniden/Radionukliden (Sorption, Akkumulation, Mineralisation, Biotransformation) verantwortlich sind. Die Genexprimierung bei Schwermetallaufnahme ist zu untersuchen.

Diese Grundlagendaten sind erforderlich, um den Einfluss der Bakterien auf die Migration z.B. des Urans, besser beschreiben zu können und die Grundlagen für innovative bakterielle Sanierungsverfahren zu entwickeln. Der Forschungsansatz ist auf die Aufklärung der Biodiversität im Vorfeld der Standortauswahl von potenziellen Endlagerformationen (Granit, Ton) und die Aufklärung der Wechselwirkung von erkannten dominierenden Bakterien mit den höheren Actiniden (Np, Pu, Cm) auszuweiten.

Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Ermittlung der chemischen Speziation der Actiniden in Pflanzen in Abhängigkeit solcher Parameter wie Pflanzenart, Pflanzenteil, Zellsaft und Festbestandteile und Speziation der Actinide im Porenwasser oder der Zusammensetzung der Hydrokulturlösung. Forschungen zur Wechselwirkung der Actiniden in Böden und mit Biofilmen bilden die Klammer zum Forschungsvorhaben Wechselwirkung der Actiniden mit Festphasen.

Methodischer Schwerpunkt bei den Wechselwirkungsuntersuchungen sind die Laser- und Röntgenabsorptionsspektroskopie, FEL-IR und NMR, neben verschiedenen mikroskopischen Techniken, bei den Untersuchungen zur Biodiversität sind es Arbeitstechniken wie PCR, Proteome Works System und RFLP.

Mittelfristige Aufgaben und Leistungsziele

Mittelfristig werden die Forschungen auf die Untersuchungen der biochemischen Wechselwirkungen der Actiniden mit Bakterien und Pflanzen konzentriert. Die Diversität und Aktivität natürlicher Bakterienpopulationen in den mit Uran kontaminierten Umgebungen ist zu untersuchen. Es sind diejenigen Parameter zu erkennen, die für die verschiedenen Wechselwirkungen von Bakterien mit Actiniden/Radionukliden verantwortlich sind. Die Erkenntnisse sind für die Entwicklung von innovativen, bakteriellen Sanierungsverfahren hinsichtlich Uran zu nutzen. Die Arbeiten zur Wechselwirkung von dominanten Bakterien mit Uran, Neptunium, Plutonium und Curium aus potenziellen Endlagerstandorten werden erweitert.

Es ist das Ziel der mittelfristigen Arbeiten, Aussagen zur Speziation der Actiniden in ausgewählten Pflanzen zu erhalten. Zu beginnen sind Arbeiten zur Uranspeziation in Algen. Methodisch ist die Bestimmung gelöster und sorbierter Actinidenkomplexe in unterschiedlichen Oxidationsstufen verbunden mit der Verbesserung der Auswertemethoden unabdingbar.