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entdeckt 02/2015 - Uran, Plutonium & Co.

TITEL// DAS FORSCHUNGSMAGAZIN AUS DEM HZDR WWW.HZDR.DE 14 15 Früh übt sich... Moritz Schmidt leitet seit Oktober 2013 eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe am HZDR zum Thema „Struktur und Reaktionen an der Wasser-/Mineral- grenzfläche“. Fünf Jahre lang erhält er von der Helm- holtz-Gemeinschaft bis zu eine Viertel Million Euro jährlich, um seine Gruppe aufzubauen. Mit der Förde- rung unterstützt die Helmholtz-Gemeinschaft die frühe Selbstständigkeit von herausragenden Nachwuchswis- senschaftlern. Derzeit arbeiten eine Doktorandin, zwei Doktoran- den und ein Post-Doc in der Nachwuchsgruppe. Im kommenden Jahr will Moritz Schmidt, der zuvor am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) forschte, sein Team erweitern. An der TU Dresden hält er regelmäßig eine Vorlesung zur Chemie der Actiniden. Gut möglich, dass die Veranstaltung neue Nachwuchsforscher nach Rossendorf lockt! Aus der Gruppe der Actiniden haben Schmidt und seine jun- gen Kollegen vor allem die vier Elemente Plutonium, Americi- um, Curium und Neptunium im Fokus. „Diese Transurane sind besonders langlebig und radiotoxisch“, erklärt der Chemiker. Es gibt aber auch Versuche mit den homologen Elementen Europium oder Yttrium. „Curium fluoresziert sehr stark“, sagt Schmidt. „Daher können wir es noch in äußerst geringen Konzentrationen nachweisen und seine Wechselwirkung mit dem Mineral bestimmen.“ Yttrium wiederum ist nicht radio- aktiv, zeigt aber ein ähnliches chemisches Verhalten wie die Actiniden und ist daher für grundlegende Untersuchungen eine gute Alternative. Wie Curium an Kalkspat bindet Bei Versuchen mit dem Radionuklid Curium konnten die Wissenschaftler mithilfe der TRLFS erkennen, dass das Nuklid auf drei verschiedene Arten an Calcit bindet. „Wir sehen drei Banden, die bei verschiedenen Anregungswellenlängen auftauchen. Jede gehört zu einer anderen Spezies, die sich voneinander unterscheiden in der Art der Koordination, der Symmetrie und dem Wassergehalt“, erklärt Schmidt. Außer- dem fand seine Arbeitsgruppe heraus, dass geringe Spuren von Nitrat das Anhaftungsverhalten drastisch verändern. Auf der Calcit-Oberfläche bildet sich in Anwesenheit von Nitrat eine weiche, gelartige Schicht. „Dadurch wird die Bindung des Radionuklids deutlich geschwächt“, so Schmidt. Nun wollen die Forscher den Mechanismus der Oberflächen-Veränderung untersuchen und darüber Schlüsse ziehen, ob andere Ionen wie etwa Sulfat oder Phosphat ähnlich wirken könnten. Ein anderes Analyseverfahren, das die HZDR-Wissenschaftler häufig nutzen, ist die Oberflächen-Röntgenbeugung. Während man gewöhnliche Röntgenbeugung dazu nutzt, die regelmäßi- ge dreidimensionale Anordnung von Atomen in einem Kristall zu bestimmen, ist die von Schmidt und seinen Mitarbeitern verwendete Methode besonders sensibel für Oberflächen- Effekte – die Atome im Inneren des Minerals werden gleichsam ausgeblendet. Mithilfe dieses Verfahrens konnten die For- scher genau beobachten, wie die Anwesenheit von Nitrat die Entstehung der gelartigen Schicht auf Calcit beförderte. Für das Verfahren braucht man allerdings hochintensives Röntgen- licht aus einer Synchrotronquelle. „Derzeit messen wir noch in Chicago an der Advanced Photon Source des Argonne National Laboratory“, erzählt Moritz Schmidt. „Demnächst wird es etwas einfacher, weil wir gerade an unserer Strahllinie ROBL am Europäischen Synchrotron ESRF in Grenoble einen Messplatz aufbauen. Dann ist der Transport von Proben aus dem Labor zur Messung deutlich kürzer und wir bekommen schneller Ergebnisse.“ PUBLIKATIONEN: M. Schmidt u. a.: “Effects of the background electrolyte on Th(IV) sorption to muscovite mica”, in Geochimica et Cos- mochimica Acta 2015 (DOI: 10.1016/j.gca.2015.05.039) H. Geckeis, J. Lützenkirchen, R. Polly, T. Rabung, M. Schmidt: “Mineral–water interface reactions of actinides”, in Chemical Reviews 2013 (DOI: 10.1021/cr300370h) KONTAKT _Nachwuchsgruppe Struktur und Reaktionen an der Wasser-/Mineralgrenzfläche am HZDR Dr. Moritz Schmidt moritz.schmidt@hzdr.de NACHWUCHSGRUPPE: Die Chemiker Erik Johnstone, Stefan Hellebrandt, Sascha Hofmann, Moritz Schmidt und Sophia Hellebrandt (v.l.n.r.) erhalten bald Verstärkung.

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