entdeckt 02/2015 - Uran, Plutonium & Co.

entdeckt 02 .15 TITEL WWW.HZDR.DE KONTAKT _Institut für Ressourcenökologie am HZDR Dr. Vinzenz Brendler v.brendler@hzdr.de Vorteil für Kalkspat Das ist eine gute Nachricht. So ist es schon recht unwahr- scheinlich, dass gefährliche Uranyl-Verbindungen aus der Tiefe wieder an die Oberfläche kommen. Gemeinsam mit Kollegen aus aller Welt beleuchten die HZDR-Forscher solche Reaktionen und die Wege der entstandenen Verbindungen mit einer Fülle von Experimenten, die sie zum Teil in Laboren tief unter der Erde durchführen. Analyse-Spezialisten iden- tifizieren die entstehenden Substanzen mit den modernsten Methoden der Spektroskopie, die von den Verbindungen ausgesandte oder beeinflusste Lichtstrahlen misst. Die Ergeb- nisse landen dann in riesigen Datenbanken, aus denen sich Forscher aus aller Welt frei bedienen sollen. Mit diesen Labor-Experimenten können die HZDR-Forscher allerdings nur einen Bruchteil der möglichen Reaktionen zwi- schen den extrem vielen Verbindungen untersuchen, die rund um das geplante Endlager eine Rolle spielen können. Das aber reicht kaum für die geforderte größtmögliche Sicherheit. „Ohne Modellrechnungen im Computer können wir dieses komplexe System nicht gut einschätzen“, ist Vinzenz Brendler sich sicher. Und selbst moderne Hochleistungsrechner drohen vor der gro- ßen Flut möglicher Reaktionen zu kapitulieren. Dieses Problem lösen die Forscher, indem sie für das Endergebnis offensichtlich unwichtige Reaktionen aus ihren Modellen herauswerfen. Um echten Szenarien so nahe wie möglich zu kommen, beschäftigen sie sich auch mit dem Deckgebirge über den Salzschichten von Gorleben. „Weil dieses Gebiet bestens untersucht ist, können wir dort sehr gute Modellrechnun- gen machen“, erklärt Vinzenz Brendler. „Unsere Computer berechnen, wie sich radioaktive Schwermetalle und deren Verbindungen unter welchen Umweltbedingungen in dem Deckgebirge ausbreiten und welche Schichten sie kaum durchdringen.“ Allerdings gilt es als eher unwahrscheinlich, dass die Actiniden in dem trockenliegenden und seit mehr als 200 Millionen Jahren existierenden Salzstock überhaupt in die Deckschichten aus Ton gelangen. Dazu müsste in größerem Maßstab Wasser einbrechen. Immer wieder wiederholen die Computer diese punktuellen Rechnungen, verändern dabei aber wichtige Faktoren inner- halb ihrer natürlichen Grenzen. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass starke Schwankungen des Silikat-Gehaltes oder der Zahl und elektrischen Ladung der vorhandenen Ionen die Bindung der radioaktiven Substanzen kaum verändern. Offensichtlich haben diese beiden Faktoren im Vergleich mit anderen also kaum einen Einfluss und können daher bei zukünftigen Modellrechnungen weggelassen werden. Verändert sich dagegen der Karbonat- Gehalt oder die Säurestärke, werden auch Uran, Plutonium und Co. ganz anders als zuvor im Deckgebirge zurückgehalten. „Diese Faktoren werden wir daher in Zukunft genauer unter- suchen“, erklärt Vinzenz Brendler. Genau solche Ergebnisse machen dann auch die HZDR-Forscher zu einem der zentralen Partner in der Ende 2013 gegründeten Deutschen Arbeitsge- meinschaft Endlagerforschung. „Zu dieser DAEF haben sich Forscher verschiedener Organisationen aus eigener Initiative zusammengeschlossen, um die Forschung an einem sicheren Endlager voranzutreiben“, fasst Vinzenz Brendler zusammen. Fördermittel Die Forschungsarbeiten von Vinzenz Brendler werden unter anderem durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Dazu zählt die THEREDA, eine umfassende und in sich konsistente thermodynamische Referenzdatenbank für die geochemische Modellierung von Lösungen und Wechselwirkungen mit Granit, Ton und Salz, die derzeit in Deutschland als mögliche Wirts- gesteine in Bezug auf ein Endlager für hochradioaktiven Abfall diskutiert werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat das Projekt RES³T-Datenbank, das Rossendorfer Expertensystem für Oberflächen- und Sorptions-Ther- modynamik, finanziert sowie Modellierungsarbeiten im ESTRAL-Projekt, bei dem es gemeinsam mit der Gesell- schaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) um die realitätsnahe Einbindung von Sorptionsprozessen in Transportprogramme für die Langzeitsicherheitsana- lyse ging. Diese Arbeiten werden seit 2013 im Projekt WEIMAR (Weiterentwicklung des Smart Kd -Konzepts für Langzeitsicherheitsanalysen) fortgesetzt. Ein weiterer wichtiger Fördermittelgeber ist die Europäische Union. PUBLIKATIONEN: H. C. Moog, F. Bok, C. M. Marquardt, V. Brendler: “Disposal of nuclear waste in host rock formations featuring high-saline solutions – Implementation of a thermodynamic reference database (THEREDA)”, in Applied Geochemistry 2015 (DOI: 10.1016/j.apgeochem.2014.12.016) B. Drobot, R. Steudtner, J. Raff, G. Geipel, V. Brendler, S. Tsushima: “Combining luminescence spectroscopy, parallel factor analysis and quantum chemistry to reveal metal spe- ciation - A case study of uranyl(VI) hydrolysis”, in Chemical Science 2015 (DOI: 10.1039/C4SC02022G)

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