Verhalten des Radiums unter den Bedingungen des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben


Verhalten des Radiums unter den Bedingungen des Endlagers für radioaktive Abfälle Morsleben

Baraniak, L.; Nebelung, C.

Mit dem Ziel, die Migration des Radiums im Umfeld des Endlagers Morsleben zu beschreiben, wurde (1) die Löslichkeit des (Ra, Ba)SO4 in den spezifischen Salzlösun-gen (gesättigte NaCl-Lösung, Magnesialauge) bestimmt und (2) die Adsorption des Radiums am Leinetal-Sediment (grauer Salzton) untersucht.
Die Salzlösungen bestanden aus einer 5,35 molaren NaCl-Lösung und einer quinären Lösung mit den Bestandteilen Magnesium (3,8 molar), Kalium (0,8), Natrium (0,4) als Chlorid und Sulfat. Die Lösungen wurden mit den Verfüllmaterialien (Salzbeton und Magnesiabinder) und dem Salzton voräquilibriert.
Die Bestimmung der Löslichkeit wurde nach Einstellung des Löslichkeitsgleich-gewichts (über 360 Tage) durch Bestimmung des 226Ra in der gesättigten Lösung mit-tels Flüssig-Szintillations-Messung durchgeführt. Hierzu wurde zum einen ein Überschuss (226Ra, Ba)SO4 zur Salzlösung gebracht und zum anderen RaCl2-Lösung zugegeben, wobei mit dem in der Lösung vorhandenen Sulfat die Ausfällung des (226Ra, Ba)SO4 erfolgte. Die Gehalte an Barium wurden durch ICP-MS und die des Sulfats durch Ionenchromatografie ermittelt. Die vorkonditionierten Salzlösungen sind zu 95 bis 99% mit BaSO4 gesättigt. Weniger als 5% (Ra, Ba)SO4 lassen sich in diesen Lösungen noch zusätzlich auflösen („mobilisieren“). Die Auflösungen führen zu Ra2+-Konzentrationen im Bereich 1,2∙10-8 bis 4,7∙10-8 mol/l. Die Summenkonzentration von Ba2+ und Ra2+ liegt dann bei 1,1∙10-7 bis 1,3∙10-6 mol/l. Die nach der Ausfällung verbliebenen Ra2+-Konzentrationen sind geringer. Sie liegen im Bereich 1,2∙10-8 bis 4,7∙10-8 mol/l. Durch den Fällvorgang entstandene Übersättigungszustände werden abgebaut. Die hieraus folgenden Löslichkeitsprodukte liegen bei log Ksp,298 = 7,07 ± 0,21 im Falle der Auflösung und bei log Ksp,298 = 7,39 ± 0,21 bei der Ausfällung. Das Löslichkeitsprodukt für unendliche Verdünnung (-10,3 ± 0,1) [1,2] liegt um drei Größenordnungen niedriger.
Die Sorption des Radiums am Salzton wurde an Proben untersucht, die 1,5 bis 2,5 g Salzton in 15 ml Salzlösung enthielten. Die Ausgangskonzentration des Radiums in der flüssigen Phase lag bei 1,3∙10-9 mol/l. Die 226Ra-Konzentration verringerte sich im Zeitraum von etwa 400 Tagen auf 2,7∙10-10 bis 8,6∙10-10 mol/l. Dabei ist die Sorption aus der NaCl-Lösung mit Verteilungskoeffizienten (RS) von 9,6 bis 22,7 ml/g stärker als aus der Magnesialauge, für die RS-Werte von 4,4 bis 7,5 ermittelt wurden. Der Verlauf der Experimente zeigte, dass das Sorptionsgleichgewicht in keinem Falle erreicht war. Es zeigt sich, dass alle Ionenprodukte größer sind als das entsprechende Löslichkeits-produkt, d.h. sowohl die Ausgangslösungen als auch die Lösungen nach der Sorption liegen in jedem Falle im Zustand der Übersättigung vor. Außer der 226Ra-Sorption am Grauen Salzton wurde auch festes (Ra,Ba)SO4 ausgeschieden. Beide Mechanismen tragen im Belastungsfall zur 226Ra-Immobilisierung bei.
[1] Langmuir, D., Riese, A.C.: Geochim. Cosmochim. Acta 49 (1985) 1593.
[2] Paige, C.R. et al.: Geochim. Cosmochim. Acta 62 (1998) 15.

Förderung: BfS-Projekt: Nuklidmigration im Deckgebirge des ERAM, PSP-Nr.: 9M 212230-62.

Keywords: Sorption; Solubility; Radium; Morsleben radioactive waste disposal; near-field migration

  • Poster
    Jahrestagung Fachgruppe Nuclearchemie der GDCh, 12.-14.09.05, Düsseldorf, Deutschland
  • Contribution to proceedings
    GDCh-Jahrestagung 2005, Chemie schafft neue Strukturen, 11.-14.09.2005, Düsseldorf, Deutschland
    Kurzreferate, 3-936028-36-2, 544

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Publ.-Id: 7355