Promotionsarbeiten

Wechselwirkungen ausgewählter Radionuklide mit Ton und Eisenoxid unter dem Einfluss von mikrobieller Aktivität

Vladyslav Sushko

Dr. Andrea Cherkouk (HZDR)

Strahlen­for­schung an biologischen Systemen

09/2019–08/2022

In den meisten Ländern, die über ein Programm zur Entsorgung nuklearer Abfälle verfügen, wird für die langfristige Lagerung hochradioaktiver Abfälle (HLRW) die geologische Tiefenlagerung bevorzugt.
Hier wird ein Mehrfachbarrierensystem entworfen und gebaut, um die Abfälle von der Gesteinsbiosphäre zu isolieren und einzuschließen. Es besteht aus einer Reihe von technischen Barrieren und einer geologischen Barriere, die das Wirtsgestein selbst darstellt. Ton wird als Wirtsgestein, aber auch als Puffer- und Dichtungsmaterial, z. B. Bentonit, betrachtet, um das Eindringen von Wasser und die Migration von Radionukliden zu verhindern. Ein weiterer Teil des technischen Barrieresystems ist der Einschluss der hochradioaktiven Abfälle. Mögliche Materialien für das Containment sind Stahl oder Kupfer. Durch die mikrobiell induzierte Korrosion des Behältermaterials können sich Sekundärphasen bilden (die auch in natürlichen Mineralien vorkommen) und in das System freigesetzt werden. Dies kann die Rückhalteeigenschaften des Dichtungsmaterials gegenüber Radionukliden erheblich beeinträchtigen.
Das Verständnis des Verhaltens von Radionukliden in komplexen biogeochemischen Systemen und der mikrobiell induzierten Korrosion ist für die Entsorgung nuklearer Abfälle und die Sicherheit der Langzeitlagerung hochradioaktiver Abfälle unerlässlich.

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Wechselwirkungen in komplexen Endlagersystemen, insbesondere an den Grenzflächen zwischen verschiedenen Barrieren im Hinblick auf die Rückhaltung von Radionukliden (Eu, Cm und Pu). Ein Schwerpunkt wird auf mikrobiell umgewandeltem Bentonit oder Bentonit und Stahl/Kupfer-Coupons liegen.
Zur Überwachung dieser Systeme werden verschiedene Analysemethoden eingesetzt, darunter ICP-MS, IC, HPLC, UV/VIS und andere. Eine Kombination verschiedener mikroskopischer, spektroskopischer und Beugungstechniken, wie RAMAN-Mikroskopie, FTIR-Spektroskopie, SEM-EDX, XRD, Mössbauer-Spektroskopie, wird zur Charakterisierung des Bentonits und der Oberfläche des Metallstücks eingesetzt.

Diese Arbeit ist Teil des Projekts iCross (Integrity of nuclear waste repository systems - Cross-scale system understanding and analysis), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter der Vertragsnummer 02NUK053B und von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren unter der Vertragsnummer SO-093 gefördert wird.