Synthese und Charakterisierung keramischer Samarium-Phosphat- und Samarium-Phosphosilicat-Phasen zur Immobilisierung von Actinoiden

 

Eine der zentralen Aufgaben der nuklearen Entsorgung besteht in der Immobilisierung von Actinoiden (U, Th u. a.) aus abgebrannten Brennelementen. Für die Immobilisierung sind unter anderem Phosphatkeramiken mit Monazitstruktur hervorragend geeignet, da solche Phasen in der Lage sind, größere Mengen Actinoide auf regulären Positionen in ihren Kristallstrukturen aufzunehmen und dort dauerhaft zu binden. Natürlicher Monazit, mit einem Alter von bis zu 3,2 Milliarden Jahren, enthält bis zu 27 Gewichtsprozent UO2 und ThO2, ohne dabei nennenswerte Strahlenschäden aufzuweisen. Aus diesem und anderen Gründen sind keramische Monazitphasen potenzielle Kandidaten für zukünftige Entsorgungsstrategien.

Das Ziel dieses Projektes war die Synthese keramischer Sm-Phosphat- und Sm-Phosphosilikatphasen mit Monazitstruktur, unter möglichst vollständiger Bewahrung der positiven Immobilisierungseigenschaften von Monazit, verbunden mit der Optimierung einzelner Eigenschaften der Keramiken (Absenkung von Schmelz- und Sintertemperaturen, u. a.) sowie der Nachweis der Eignung dieser Phasen für den Einsatz in der nuklearen Entsorgung. Im Rahmen des Projektes sollten bislang unbekannte, für das Projekt relevante Phasenbeziehungen in den binären Systemen Sm2O3-P2O5, Sm2O3-Ce2O3, (Th,U)O2-P2O5 und (Th,U)O2-SiO2, im ternären System Sm2O3-P2O5-SiO2 und im pseudo-ternären System (Sm2O3-(Th,U)O2)-P2O5-SiO2 aufgeklärt werden. Zur Beantwortung der offenen Fragen sollten im Rahmen des Projektes umfangreiche Strukturanalysen an unbestrahlten und bestrahlten Proben durchgeführt sowie die chemische Beständigkeit der Phasen überprüft werden.

An dem Projekt arbeitende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler:

PD Dr. Hartmut Schlenz, Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit (IEK-6), FZ Jülich) (Projektleiter)
Prof. Dr. Georg Roth (IfK, RWTH Aachen) (Projektleiter)
Dr. Andreas Neumann (Projektwissenschaftler)

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Förderung:

Deutsche Forschungsgemeinschaft
Kooperation im Rahmen von JARA|ENERGY
Förderkennzeichen: RO 2055/7-1
Laufzeit: 01.07.2012 – 30.06.2015