Publications Repository - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Technetium-99 (⁹⁹Tc) ist ein langlebiges Spaltprodukt (2,13∙10⁵ Jahre) von Uran-235 (²³⁵U) und Plutonium-239 (²³⁹Pu) und daher von großer Bedeutung für die langfristig sichere Entsorgung von radioaktiven Abfällen aus Kern-kraftwerken. Die Migration von Tc in der Umwelt wird stark von den Redoxbedingungen beeinflusst, da Tc in verschiedenen Oxidationsstufen vorliegen kann. In der Umgebung eines Endlagers dürfte Tc unter oxidierenden Bedingungen hauptsächlich als Tc(VII) und unter reduzierenden Bedin-gungen als Tc(IV) auftreten. Es ist bekannt, dass das Anion Pertechnetat (Tc(VII)O₄ ⁻) kaum mit mineralischen Oberflächen interagiert, was wiederum seine Migration im Grundwasser und seinen Eintritt in die Biosphäre begünstigt. Im Gegensatz dazu schränkt die Bildung von Tc(IV) die Migration von Tc ein, da es einen schwerlöslichen Feststoff (TcO₂) und/oder Spezies bildet, deren Wechselwirkung mit Mineralien günstiger ist. In vergangenen Untersuchungen lag der Fokus auf der Reduktion von Tc(VII) zu Tc(IV) durch verschiedene Reduktionsmittel wie Fe(II), Sn(II) oder S(-II), die entweder in Lösung vorliegen, an mineralischen Strukturen beteiligt sind (Pearce et al.) oder metabolisch durch mikrobielle Kaskaden induziert werden (Newsome et al.).
Die meisten der veröffentlichten Studien konzentrierten sich auf binäre Systeme, d. h. auf die Untersuchung der Wechselwirkung von Tc mit einem bestimmten Reduktionsmittel. Die Umwelt ist jedoch ein komplexes System, in dem verschiedene Komponenten oft voneinander abhängen und sich gegenseitig beeinflussen. Daher ist die Tc-Migration anfällig und variiert je nach Umweltbedingungen und sollte nicht isoliert untersucht werden. Die Arbeiten der vom BMBF geförderte Nachwuchsforschungsgruppe TecRad (TecRad 2023) zielen darauf ab die Tc-Chemie aus einer breiteren Perspektive zu analysieren. Daher untersuchen wir das biogeochemische Verhalten von Tc mit i) Mikroorganismen, ii) Metaboliten, und iii) Fe(II)-Mineralen. Weiterhin möchten wir die Wechselwirkungen zwischen Fe(II)-Mineralen in Gegenwart von Metaboliten besser verstehen.
Ein wichtiger Teil dieses Projekts befasst sich mit der Anwendung neuer spektro-elektrochemischer Methoden zur In-situ-Überwachung des Verhaltens von Tc in Lösung und an Grenzflächen in Abhängigkeit vom Redoxpotential. Mit diesen Instrumenten wollen wir die molekularen Strukturen der Tc-Spezies unter verschiedenen Redox-Bedingungen charakterisieren, um das Verständnis für das chemische Verhalten des Schadstoffs zu erweitern.

Unser Ziel ist es, wertvolle thermodynamische Daten (komplexe Bildungskonstanten, Löslichkeitskonstanten von Mineralen, Redoxpotentiale und Tc-Verteilungskoeffizienten) zu generieren, die wir zur Imple-mentierung einer geochemischen Modellierung verwenden werden, die das Verhalten von Tc in der Umwelt auch unter verschiedenen Redoxbedingungen erklären kann.

III. DANKSAGUNGEN
Die Autoren danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die finanzielle Unterstützung der NukSiFutur TecRad Nachwuchsgruppe (02NUK072).

IV. LITERATURVERZEICHNIS
[1] Pearce, C. et al. (2020). Sci. Total Env. 132849.
[2] Newsome, L. et al. (2014). Chem. Geol. 164-184.
[3] TecRad webpage: https://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=1375