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Thimo Philipp
Surface Processes
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Promotionsarbeiten


Radionuklidrückhaltung an Tongestein und Tonmineralen unter hyperalkalinen Bedingungen.


Promotionsstudent:
Thimo Philipp
Betreuer:
Prof. Dr. Thorsten Stumpf, Dr. Katja Schmeide (HZDR)
Abteilung:
Grenzflächenprozesse
Zeitraum:
12/2015–11/2018


Für die tiefe geologische Endlagerung wärmeentwickelnder hochradioaktiver Abfälle sieht das im Rahmen des AnSichT-Vorhabens entwickelte Standortmodell NORD eine Nutzung von Unterkreideton als Wirtsgestein vor. Auch in den geotechnischen Barrieren soll Ton, in Form von Bentonit, Verwendung finden. Darüber hinaus entstehen Tonminerale als Alterationsprodukte oder Sekundärminerale, beispielsweise in der Form von Hectorit bei der Korrosion von Borosilikatglas. Aufgrund dessen sind wissenschaftlich fundierte Daten hinsichtlich der Rückhaltung von Radionukliden an Tongestein und Tonmineralen für den Sicherheitsnachweis eines tiefengeologischen Endlagers unerlässlich.

Die Hydrogeochemie der Porenwässer norddeutscher Tonsteinvorkommen ist durch mittlere bis hohe Ionenstärken geprägt. Dadurch wird eine Korrosion technischer Barrieren aus Beton begünstigt, sodass eine beträchtliche Beeinflussung des geochemischen Milieus im Nahfeld des Endlagers zu erwarten ist. Bei der Betonkorrosion entstehen hyperalkaline Zementporenwässer (10 < pH < 13), die mit dem Bentonitpuffer und dem Wirtsgestein reagieren und so deren Rückhaltevermögen gegenüber Radionukliden stark modifizieren können. Aus diesem Grunde sollen im Rahmen der Promotion Versuche zur Mobilisierung bzw. Immobilisierung endlagerrelevanter Radionuklide unter hyperalkalinen Bedingungen bei mittleren bis hohen Ionenstärken durchgeführt werden, die die geochemischen Gegebenheiten bei einem solchen Störfall abbilden. Bis vor wenigen Jahren wurden fast ausschließlich Studien zur Radionuklidrückhaltung bei niedrigen Ionenstärken und pH-Werten oder an einzelnen Tonmineralen durchgeführt.

Im Rahmen der Promotion sollen verschiedene Rückhaltemechanismen beleuchtet werden. Dabei wird sowohl die Adsorption von Radionukliden an Mineraloberflächen als auch der strukturelle Einbau von Radionukliden in die Mineralphasen unter den oben beschriebenen Bedingungen untersucht. Es lassen sich folgende Arbeitspakete formulieren:

  • Untersuchung der Sorption von Uran an Ca-Bentonit und Opalinuston
  • Untersuchung der Diffusion von Uran in Ca-Bentonit und Opalinuston
  • Spektroskopische Untersuchung der Stabilität von Radionuklid-dotiertem Hectorit bei Variation von Umgebungsparametern

Diese Arbeit ist Teil des Verbundprojektes: "Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen" (GRaZ).


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