Promotionsarbeiten
Geochemische Heterogenitäten und Parametervarianzen für die Radionuklidretention im Kristallin - Relevanz, Relation und Reduktion
Alexandra Duckstein
Prof. Dr. Thorsten Stumpf, Prof. Dr. Vinzenz Brendler, Dr. Solveig Pospiech (HZDR)
Thermodynamik der Aktiniden
06/2023–05/2026
Bei der Suche nach einem geeigneten Endlager für radioaktive Stoffe spielen eine Vielzahl komplexer Faktoren eine Rolle, u. a. im Bereich der Geowissenschaften. Um den besten Standort finden zu können, ist es notwendig zu verstehen, welche Wichtigkeit die entsprechenden Faktoren haben und welche Wechselwirkungen zwischen ihnen auftreten können. Dabei müssen nicht nur Gegebenheiten im Endlager selbst, sondern auch im umliegenden Wirtsgestein betrachtet werden. Im Falle eines Austritts von Radionukliden aus dem Endlager in das Wirtsgestein erfolgt der Weitertransport dieser über eine flüssige Phase. Eine wesentliche Rolle spielen dabei Rückhaltemechanismen wie der Sorption von Radionukliden an der Mineralphase entlang der Wegsamkeiten.
Bei der Modellierung der Radionuklidretention sind viele unterschiedliche, mit Unsicherheiten behaftete Parameter zu berücksichtigen:
- Mineralzusammensetzung des Wirtsgesteins: Permeabilität, Porosität, Öffnungsweite von Porenräumen, …
- Grundwasserzusammensetzung: Konzentration der Radionuklide, pH-Wert, Konzentration des gelösten anorganischen Kohlenstoffs sowie des Kalziums, …
- Thermodynamische Sorptionsdaten aller zu betrachtenden Reaktionspartner
Ziel dieser Promotion ist es, die wichtigen Modellparameter zu identifizieren und deren Unsicherheiten und Wechselwirkunken zu verstehen. Dies erlaubt im Idealfall eine Verbesserung der Prognosegüte des Sicherheitsnachweises eines potentiellen Endlagers und effizientere Modellierungen (Reduktion des Modells).
Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der geostatistischen Simulation der mineralogischen Zusammensetzung des Wirtsgesteines in 2D. Dies erlaubt eine Quantifizierung der Parameterunsicherheiten bezüglich des Wirtsgesteins welche essentiell sind für nachfolgende Sensitivitätsanalysen der geochemischen Simulation (u. a. zur Bestimmung von Kd-Werten/ Verteilungskoeffizienten).
Die einzelnen Schritte sollen in einem modularen Workflow etabliert werden. Dabei soll zunächst eine programmunabhängige Formulierung erfolgen und die einzelnen Schritte anschließend in Python implementiert werden.
Die hier vorgestellte Arbeit ist Teil des BMUV geförderten Verbundprojektes SANGUR (Systematic sensitivity analysis for mechanistic geochemical models using field data from crystalline rock). Dessen Ziel ist ein besseres Verständnis von Parameterunsicherheiten im Kontext der nuklearen Entsorgung. Dabei konzentriert sich das Projekt auf die Frage der Langzeitsicherheit zukünftiger Endlagersysteme in tiefen geologischen Formationen, hier speziell im kristallinen Wirtsgestein Granit.
Im Rahmen dieses Projektes werden zudem vom Projektpartner TU Clausthal die hier verwendeten Methoden zur Sensitivitätsanalyse von geochemischen Modellen weiterentwickelt und hinsichtlich der Fragestellung optimiert. Dank Zusammenarbeiten mit dem Projektpartner ÚJV Řež können Felddaten sowie deren Interpretation des tschechischen Untertagelabors Bukov in das Projekt mit einfließen.
