Kontakt

Prof. Dr. Nina Maria Huittinen

Leiterin Festphasenchemie der Radionuklide
n.huittinenAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 2148

Abteilung Festkörperchemie von Radionukliden


Forschung

Foto: Icon der Abteilung Festkörperchemie von Radionukliden des IRE ©Copyright: Prof. Dr. Nina Maria Huittinen

Wie der Name schon sagt, konzentriert sich die Abteilung Festkörperchemie der Radionuklide auf die Forschung im Zusammenhang mit der Struktur und den Eigenschaften von Festphasen, die radioaktive Elemente enthalten. Unser besonderes Interesse gilt kristallinen anorganischen Festphasen wie Zirkon (ZrSiO4), Zirkoniumdioxid (ZrO2) und Pyrochlor (Ln2Zr2O7) sowie Lanthanid-(Ln-)Orthophosphaten vom Typ Monazit (LnPO4). Diese festen Phasen sind von Bedeutung für die Korrosion der Zircaloy-Hülle, die abgebrannte Kernbrennstäbe umgibt, oder sie sind als keramische Träger für die Immobilisierung und sichere Entsorgung bestimmter aktinidhaltiger Abfallströme vorgesehen, die in den letzten Phasen des Kernbrennstoffkreislaufs anfallen. Wir stellen polykristalline Pulver oder Einkristalle her, die mit Aktinidelementen dotiert sind, indem wir hydrothermale Verfahren, Flusswachstum und Festkörpersynthese anwenden. Durch die Kombination von Röntgenbeugung und verschiedenen mikroskopischen und spektroskopischen Techniken erforschen wir die Mikrostruktur, die Redoxchemie und lokale strukturelle Ordnungs- und Störungsphänomene in den dotierten Festphasen. Damit wollen wir ein detailliertes Verständnis der Immobilisierung von Aktiniden in kristallinen Matrizen auf atomarer Basis entwickeln und verlässliche Aussagen über die Leistungsfähigkeit der Wirtsmaterialien unter Endlagerbedingungen treffen.


Neuste Publikation

Structural and Chemical Insights on the Incorporation of Americium into Monoclinic Zirconia (m-ZrO₂)

Murphy, G. L.; Gilson, S.; Popa, K.; Prieur, D.; Schenk, S. M.; Valu, S.-O.; Ramanantoanina, H.; Prüßmann, T.; Vitova, T.; Dardenne, K.; Rothe, J.; Colle, J.-Y.; Walter, O.; Huittinen, N. M.

Abstract

The structural-chemistry of monoclinic zirconia (m-ZrO2) has long attracted fundamental interest, whilst crucially it serves as a key barrier to radionuclide release at the fuel–zircaloy cladding interface in spent nuclear fuel. However, the incorporation of transuranic elements like americium with m-ZrO₂ remains poorly understood. Using a combination of diffraction, microscopy and spectroscopic techniques we have examined the doping of 5 mol % Am in m-ZrO2. We find that Am enters m-ZrO2 in its tetravalent oxidation state where its solubility is less than 1.05 mol %, Am4+0.0105Zr0.9895O2, attributed to the large sized Am4+ cation coupled with its preference under the synthesis conditions to adopt its trivalent form, where excess Am adopts an Am rich cubic structure consistent with C-type (Am4+/3+1-xZrx)2O3+x in space group Ia-3. Despite the limited solubility of Am4+ within m-ZrO2, the reversible high temperature phase transformation to tetragonal-ZrO2 (t-ZrO2) can be reduced from 1150 oC to 1050 oC via Am4+ incorporation. The investigation provides key insight into chemical behavior of Am and its interactions with m-ZrO₂.

Beteiligte Forschungsanlagen

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Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-41497


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Abstract

The structural-chemistry of monoclinic zirconia (m-ZrO2) has long attracted fundamental interest, whilst crucially it serves as a key barrier to radionuclide release at the fuel–zircaloy cladding interface in spent nuclear fuel. However, the incorporation of transuranic elements like americium with m-ZrO₂ remains poorly understood. Using a combination of diffraction, microscopy and spectroscopic techniques we have examined the doping of 5 mol % Am in m-ZrO2. We find that Am enters m-ZrO2 in its tetravalent oxidation state where its solubility is less than 1.05 mol %, Am4+0.0105Zr0.9895O2, attributed to the large sized Am4+ cation coupled with its preference under the synthesis conditions to adopt its trivalent form, where excess Am adopts an Am rich cubic structure consistent with C-type (Am4+/3+1-xZrx)2O3+x in space group Ia-3. Despite the limited solubility of Am4+ within m-ZrO2, the reversible high temperature phase transformation to tetragonal-ZrO2 (t-ZrO2) can be reduced from 1150 oC to 1050 oC via Am4+ incorporation. The investigation provides key insight into chemical behavior of Am and its interactions with m-ZrO₂.

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