Abteilung Grenzflächenprozesse
Warum? Wie? Was?
Das oberste Ziel unserer von wissenschaftlicher Neugier getriebenen Forschung ist es, grundlegende und unabhängige Erkenntnisse über die (Geo-)Chemie und das Umweltverhalten langlebiger Radionuklide (RN) zu gewinnen. Eine herausragende und gesellschaftlich wichtige Anwendung ist die sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle, um künftigen Generationen die Verantwortung für den Umgang mit "unserem" Erbe aus der Energieerzeugung in Kernreaktoren zu erleichtern.
Zu diesem Zweck liefern wir das radiochemische Wissen, nämlich strukturelle und mechanistische Daten wichtiger mobilisierender und immobilisierender Reaktionen von RN in Lösung, an Grenzflächen und in Festkörpern.
Unser besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz einer Vielzahl etablierter und fortschrittlicher mikroskopischer und spektroskopischer Techniken, um Komplexbildungsreaktionen und Komplexstrukturen, die die Wechselwirkungen von RN in der Geosphäre bestimmen, genau zu beschreiben. Darüber hinaus untersuchen wir die Entstehung und chemische Speziation von Aktivierungsprodukten in Materialien aus Kernkraftwerken im Zusammenhang mit deren sicherer Stilllegung.
Als Teil einer Wertschöpfungskette bilden die abgeleiteten Strukturinformationen eine solide Grundlage für eine zuverlässige thermodynamische Beschreibung der untersuchten Systeme, die in thermodynamische Datenbanken integriert werden kann. Die thermodynamischen Arbeiten erfolgen in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Aktiniden-Thermodynamics.
Unsere Kernkompetenzen
- Chemie langlebiger RN – Fachwissen im Umgang mit RN, von Spalt- und Aktivierungsprodukten bis hin zu Transuranen, und Zugang zu Strahlenschutzlabors.
- Strukturelle Charakterisierung – Fachwissen in der Anwendung und Kopplung von spektroskopischen und mikroskopischen sowie Beugungstechniken für den Zugang zu molekularen Informationen.
- Thermodynamische Beschreibung von RN-Komplexen – Verwendung makroskopischer, spektroskopischer und kalorimetrischer Informationen über Reaktant-Wasser-Grenzflächenphänomene als Grundlage für die Ableitung von Oberflächenkomplexierungsmodellen und deren thermodynamischen Parametern.
Forschungsgebiete
- Koordinationschemie von RN in wässriger Lösung und in künstlichen menschlichen Bioflüssigkeiten.
- Molekulare Charakterisierung von RN Reaktionen an natürlichen und künstlichen Mineral-Wasser-Grenzflächen, z. B. in den Projekten REDOX und RULET.
- Technetium Umweltchemie, z. B. Young Investigator Group TecRad.
- Experimentelle Unterstützung für Berechnungen von Neutronenfeldern und den daraus resultierenden Aktivitäten in der Nähe von Kernreaktoren, z. B. EBENE-Projekt
Neuste Publikation
Relationship between Mineralogically Complex Iron (Oxyhydr)oxides and Plutonium Sorption and Reduction: A High-Energy Resolution X‑ray Absorption Spectroscopy Perspective
Vejar, M. R.; Zengotita, F. E.; Weiß, S.; Shams Aldin Azzam, S.; Huittinen, N. M.; Beutner, S.; Bazarkina, E.; Amidani, L.; Kvashnina, K.; Hixon, A. E.
Abstract
o facilitate the continued use of commercial nuclear power and
address environmental contamination, it is essential to understand the fate and
transport of plutonium (Pu) in (sub)surface environments. Current geochemical
models do not account for complexity in mineral assemblages, such as metal
substitution or the role of nanoscale crystallite sizes. In this work, we studied
mineralogically complex systems where Pu(V) was the sorbate and Al-substituted
or nanoscale iron (oxyhydr)oxides were the sorbents. Using M4-edge and L3-edge
high-energy resolution fluorescence detection X-ray absorption near-edge structure
(HERFD-XANES) spectroscopy, we probed the electronic configuration of Pu,
quantified the extent of Pu surface-mediated reduction, and explored Pu speciation.
Our results indicate that nanoscale iron oxides exert a greater degree of control
over the redox behavior of Pu than Al-substituted iron (oxyhydr)oxides under
circumneutral pH and oxic conditions. This is due to the dependence of Pu surface-mediated reduction on an initial sorption step,
which is greater with the increased specific surface area and reactivity of nanoscale crystallites.
Keywords: plutonium; redox; iron (oxyhydr)oxide minerals; HERFD-XANES; sorption
Beteiligte Forschungsanlagen
- Rossendorf Beamline an der ESRF DOI: 10.1107/S1600577520014265
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.1107/S1600577520014265 is cited by this (Id 41430) publication
-
ACS ES&T Engineering 59(2025)23, 11756-11766
DOI: 10.1021/acs.est.4c13899
Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-41430
Eine Liste an Publikationen befindet sich hier.
Forschungsgruppen
Derzeit laufende Drittmittelprojekte
- Experimentell gestützte Berechnungen von Neutronenfeldern und den daraus resultierenden Aktivitäten in reaktorfernen Räumen (EBENE) Start: 04/2024, BMBF
- Wechselwirkungen von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an der Mineral-Wasser-Grenzfläche - Radioökologische Betrachtungen (TecRad) Start: 07/2022, BMBF
- Redoxreaktivität von Selen in Mineralen (REDOX) Start: 06/2022, ANDRA
- Rückhaltung und Löslichkeit dosisrelevanter Radionuklide unter den reduzierenden Nahfeldbedingungen eines Endlagers im Ton- oder Kristallingestein (RULET) Start 11/2024, BMUV
Eine Übersicht der abgeschlossenen Projekte finden Sie hier.
Team
Abteilung "Grenzflächenprozesse"
Grenzflächenprozesse
Leitung | |||||
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |||
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Dr. Katharina Müller | 801/P248 | 2439 | k.mueller![]() | ||
Mitarbeiter | |||||
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |||
Dr. Astrid Barkleit | 801/P207 | 3136 2512 2518 | a.barkleit![]() | ||
Aline Chlupka | 801/P203 | 3198 2518 2523 | a.chlupka![]() | ||
Jiyoung Eum | j.eum![]() | ||||
Sebastian Friedrich | 801/P352 | 3154 | s.friedrich![]() | ||
Dr. Norbert Jordan | 801/P218 | 2148 | n.jordan![]() | ||
Zarina Salkenova | z.salkenova![]() | ||||
Stephan Weiß | 801/P316 | 2758 2523 | s.weiss![]() | ||
Maud Emilie Zilbermann | 801/P254 | 3487 | m.zilbermann![]() | ||
"TecRad" Wechselwirkung von Technetium mit Mikroorganismen, Metaboliten und an Mineral-Wasser-Grenzflächen - Radioökologische Betrachtungen | |||||
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |||
Dr. Natalia Mayordomo Herranz | 801/P252 | 2076 | n.mayordomo-herranz![]() | ||
Caroline Börner | 801/P254 | 2251 | c.boerner![]() | ||
Arkadz Bureika | 801/P201 | 2434 | a.bureika![]() | ||
Irene Cardaio | 801/P254 | 2251 | i.cardaio![]() | ||
Dr. Marcos Felipe Martinez Moreno | 801/P352 | 3154 | m.martinez-moreno![]() | ||
Vijay Kumar Saini | 801/P352 | 3328 | v.saini![]() |
Alumni
Name | at HZDR |
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Heidrun Neubert | Laborantin |
Sara E. Gilson | PostDoc |
Christa Müller | Laborantin |
Quirina Isabella Roode-Gutzmer | Doktorandin |
Isabelle Jessat | Doktorandin, promoviert 2023 |
Ghada Yassin | PostDoc |
Maximilian Demnitz | Doktorand, promoviert 2022 |
Diana Marcela Rodriguez Hernandez | Doktorandin, promoviert 2021 |
Henry Lösch | Doktorand, promoviert 2021 |
Manuel Eibl | Doktorand, promoviert 2020 |
Susanne Lehmann | Doktorandin, promoviert 2020 |