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Michael Gerhard Becker
Reactive Transport
m.beckerAthzdr.de

Promotionsarbeiten


Einfluss polymerer Zement-Additive auf die Mobilität von Radionukliden unter Nahfeldbedingungen eines Endlagers


Promotionsstudent:
Michael Gerhard Becker
Betreuer:
Prof. Dr. Thorsten Stumpf, Dr. Holger Lippold (HZDR)
Abteilung:
Reaktiver Transport
Zeitraum:
12/2015–11/2018


Zementmaterialien sind als Abfallmatrix und Containerfüllstoff sowie als Bau- und Versatzstoff neben Behälterkorrosionsprodukten die erste chemische Rückhaltebarriere für Radionuklide nach Wasserzutritt in ein Endlager. Dabei ist der Zement auch Laugungsprozessen ausgesetzt, wodurch hyperalkaline Lösungen mit pH-Werten bis 13,5 entstehen. Das stark basische Milieu beeinflusst die Barriereeigenschaften von Puffermaterialien (z.B. Bentoniten) und Wirtsgestein, insbesondere Ton. Dessen Porenwässer sind durch hohe Elektrolytgehalte (z.T. bis 4 mol/l) gekennzeichnet. Zement enthält polymere Fließmittel (sog. Superplasticizer), die durch Laugung freigesetzt werden können. Durch ihr Komplexierungsvermögen können sie Radionuklide in Lösung halten und deren Migration befördern.

Promotion Michael Gerhard Becker

Am Beispiel von Polycarboxylatethern (PCE) als aktuelle Generation von Superplasticizern sollen die Bedingungen für eine Mobilisierung durch systematische Untersuchungen von Komplexbildung und (Ko-)Adsorption in Abhängigkeit von pH-Wert und Ionenstärke festgestellt werden (hyperalkalines und hochsalines Milieu, verschiedene endlagerrelevante Festphasen). Zur Realisierung von Messungen bei adäquat niedrigen Konzentrationen wird 152Eu(III) als radioaktiver Analogtracer für dreiwertige Actinide eingesetzt, und PCE sollen durch ein vollsynthetisches Verfahren mit 14C markiert werden. Mit Hilfe lumineszenzspektroskopischer Sondenmethoden wie TRLFS soll die strukturelle Beschaffenheit der Komplexe näher charakterisiert werden. Für eine physikalisch-chemische Beschreibung des Einflusses von pH-Wert und Ionenstärke ist die Anwendbarkeit von mechanistischen Komplexierungsmodellen und kombinierten Verteilungsansätzen zu prüfen, die für natürliches organisches Material entwickelt wurden.


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