Promotionsarbeiten

Heterogene Sorption von f-Elementen an nanotopografischen Mineraloberflächen

Promootionsstudent

Siglinde Holzknecht

Betreuer

Prof. Dr. Cornelius Fischer(HZDR)

Abteilung

Reaktiver Transport

Zeitraum

09/2024-08/2027

Beschreibung

In geologischen Tiefenlagern für nukleare Abfälle dient die umgebende Gesteinsformation (Wirtsgestein) als entscheidende Barriere gegen die Migration von Radionukliden in die Biosphäre. Mehrere potenzielle Wirtsgesteine enthalten Schichtsilikate, die eine hohe Effizienz bei der Sorption von Radionukliden gezeigt haben.
Im Mittelpunkt dieses Projekts steht die Untersuchung der Sorption dreiwertiger f-Elemente an Schichtsilikaten, sowohl als reine Mineralien als auch als Gesteinskomponenten. Ein wichtiger Faktor für die Sorptionseffizienz ist die nanotopographische Architektur der Kristalloberfläche. Frühere numerische Arbeiten haben gezeigt, dass die Sorptionseffizienz in Abhängigkeit von der Art und Verfügbarkeit reaktiver Stellen auf der Kristalloberfläche um etwa eine Größenordnung variiert.¹ Die Auflösungsexperimente werden durchgeführt, um die nano- und mikrotopografischen Ergebnisse von Prozessen nachzuahmen, die in der Natur vorkommen. Außerdem planen wir die Entwicklung einer Routine zur quantitativen Analyse von Sorptionsreaktionen an Schichtsilikaten mit Hilfe der Positronenemissionstomographie. Insgesamt wird in diesem Projekt eine Kombination aus mikroskopischen, spektroskopischen und radioanalytischen Methoden eingesetzt, um reaktive Transportprozesse aufzuklären und damit einen wichtigen Schritt in Richtung eines sicheren nuklearen Endlagers zu machen.
Die Arbeiten sind Teil des Verbundprojekts „SPIEG3L“ (Ortsaufgelöste Spektroskopie zur Identifizierung von Grenzflächenprozessen und Spezies dreiwertiger Lanthanoide und Actinide) und werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Referenz

1. Schabernack, J.; Oliveira, A. F.; Heine, T.; Fischer, C., Variability of Radionuclide Sorption Efficiency on Muscovite Cleavage Planes. Advanced Theory and Simulations (2023), 2300406.