Immobilisierung von Actiniden mittels Einbaus in endlagerrelevante Festphasen

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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.

  Monazit Urheberrecht: © IfK Schematische Abbildung einer Elementarzelle von Monazit entlang [010].

[Der Einbau der dreiwertigen Actinoide in die Monazitstruktur wurde im vorangegangenen Projekt „Conditioning“ untersucht.]

Wir sind verantwortlich für das Teilprojekt „B” des BMBF-Verbundprojekts „AcE”.

Das Projekt AcE“ setzt sich zum Ziel, den Einbau und die Immobilisierung insbesondere von vierwertigen Actinoiden (An) in kristallinen, endlagerrelevanten Festphasen (u. a. Monazit, Pyrochlor, Uraninit/Zirkonia, Zirkon) auf atomarer Ebene zu verstehen. Hierfür werden komplementär Experimente und Berechnungen durchgeführt, mit denen sowohl die mittlere und lokale Struktur des Matrixmaterials als auch die direkte Umgebung der inkorporierten An (oder ihrer Surrogate) auf atomarer Skala untersucht werden.

 

An dem Thema arbeitende Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter:

PD Dr. Lars Peters (Projektleiter)
Theresa Lender, M. Sc. (Doktorandin)

Publikationen:

H. Schlenz, S. Neumeier, A. Hirsch, L. Peters, G. Roth: Phosphates as safe containers for radionuclides. In: Highlights in Applied Mineralogy. Herausgeber: Soraya Heuss-Aßbichler, Georg Amthauer, Melanie John. De Gruyter, Berlin/Boston 2018. Kap. 8, S. 171-195. ISBN: 978-3-11-049122-7, e-ISBN (pdf): 978-3-11-049734-2, DOI: 10.1515/9783110497342-009.

H. Loesch, A. Hirsch, J. Holthausen, L. Peters, B. Xiao, S. Neumeier, M. Schmidt, N. Huittinen: A Spectroscopic Investigation of Eu3+ Incorporation in LnPO4 (Ln = Tb, Gd1-xLux, X = 0.3, 0.5, 0.7, 1) Ceramics. Frontiers in Chemistry 7 (2019) Seiten/Artikel-Nr: 94. DOI: 10.3389/fchem.2019.00094.

Antje Hirsch: Monazite solid solutions - characterisation of structural, thermal and physical properties. Doktorarbeit RWTH Aachen, 2018, xviii + 169 Seiten.

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Förderung:

Bundesministerium für Bildung und Forschung, Projektträger Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Projekttitel: Grundlegende Untersuchungen zur Immobilisierung von Actiniden mittels Einbaus in endlagerrelevante Festphasen
Förderkennzeichen: 02NUK060B
Laufzeit: 01.01.2021 - 31.12.2023