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, z. B.: RADEKOR-Projekt.
- Molekulare Charakterisierung von RN Reaktionen an natürlichen und künstlichen Mineral-Wasser-Grenzflächen, z. B. im Projekt REDOX.
- Einbau von Actiniden und Lanthaniden in feste Phasen, z. B.: AcE-Projekt.
- 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
Self-healing ThSiO4-ZrSiO4 system under conditions relevant to underground nuclear waste repositories
Svitlyk, V.; Weiß, S.; Garbarino, G.; Shams Aldin Azzam, S.; Hübner, R.; Worbs, A.; Huittinen, N. M.; Hennig, C.
Abstract
Two series of Th1-xZrxSiO4 phases were synthesized hydrothermally under weakly basic (pH = 8) and strongly acidic (pH = 1) conditions. Changes in pH were found to have a significant effect on experimental phase diagrams. Synthesis at pH = 8 favors the formation of Th-rich phases with resulting Th1-xZrxSiO4 solid solution for x = 0 – 0.5. Contrary, synthesis at pH = 1 results in the formation of pure end-members of the ThSiO4-ZrSiO4 pseudo-binary system separated by multiple miscibility gaps. Phases formed both under basic and acidic conditions were found to retain water, which can be discharged from the structure upon heating. A different high-pressure (HP) behaviour was found for Th-rich and Zr-rich solid solutions. While Th-rich Th0.9Zr0.1SiO4 and Th0.6Zr0.4SiO4 phases retain their stoichiometry and crystal structure upon compression at HP, a significant reduction of the Th occupancy related to a decrease of the Th-O distances is observed for the Th-poor Th0.26Zr0.74SiO4 phase at P > 8 GPa, with the subsequent formation of a Th-rich amorphous phase. The Th diffusion between the crystalline and amorphous phases was found to be fully reversible. This unique self-healing property makes these phases promising candidates for nuclear applications under extreme pressure and temperature conditions, in particular those found in underground repositories.
Beteiligte Forschungsanlagen
- Rossendorf Beamline an der ESRF DOI: 10.1107/S1600577520014265
Verknüpfte Publikationen
- DOI: 10.1107/S1600577520014265 is cited by this (Id 39571) publication
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Acta Materialia 281(2024), 120357
DOI: 10.1016/j.actamat.2024.120357
Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-39571
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
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![]() | ||
Dr. Norbert Jordan | 801/P218 | 2148 | n.jordan![]() | ||
Stephan Weiß | 801/P316 | 2758 2523 | s.weiss![]() | ||
Maud Emilie Zilbermann | 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 |