Kooperationen und Projekte

 

Übersicht:

 

Kooperationen

JARA und JCNS Urheberrecht: JARA/JCNS

Betrieb des Neutronen-Doppeldiffraktometers HEiDi + POLI zur Nutzung an der Forschungsneutronenquelle Heinz-Maier-Leibnitz FRM II in Garching

Kooperation mit dem Jülich Centre for Neutron Science im Rahmen von JARA.

Laufzeit: 01.01.2011 – 31.12.2020

Kooperationspartner:

Prof. Thomas Brückel, Jülich Center for Neutron Science JCNS, FZ Jülich
Prof. Georg Roth, Institut für Kristallographie, RWTH Aachen

Beteiligte Wissenschaftler: Dr. Martin Meven, Dr. Vladimir Hutanu, Dr. Andrew Sazonov, Dr. Hao Deng

Projektingenieur: Wolfgang Luberstetter

Projekttechniker: Philipp Tesch

Gegenstand der Kooperation ist der gemeinsame Forschungs- und Nutzerbetrieb an dem Doppeldiffraktometer HEiDi+POLI an der Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz FRM II in Garching. Der Betrieb des Doppeldiffraktometers HEiDi+POLI erfolgt durch die RWTH als Teil der Instrumentgruppe des JCNS am FRM II. Der Betrieb der Neutroneninstrumente bildet einen Baustein der Zusammenarbeit im Rahmen der Jülich Aachen Research Alliance JARA.

Die Kooperation dient der Gewinnung von wissenschaftlichen Erkenntnissen in der Festkörper- und Materialforschung sowie der Weiterentwicklung von Methoden der Einkristall-Neutronenbeugung mit unpolarisierten (HEiDi) und mit polarisierten (POLI) Neutronen. Die Diffraktometer HEiDi und POLI werden sowohl zur Eigenforschung als auch zur erkenntnisorientierten Forschung von externen Forschergruppen aus dem In- und Ausland zur Lösung bisher ungeklärter Fragen der Festkörperforschung unter maßgeblicher Beteiligung eines wissenschaftlichen Gutachtergremiums geregelt, das u. a. nach den Kriterien Originalität, Aktualität, wissenschaftlicher Wert, Erfolgsaussichten und zu erwartender Erkenntnisgewinn urteilt. Die Diffraktometer HEiDi und POLI werden ständig nach den neuesten Erkenntnissen weiterentwickelt.

 
  ITA Urheberrecht: ITA

Polymerforschung

Kooperation mit dem ITA.

Kooperationspartner:

Prof. Thomas Gries, Institut für Textiltechnik, RWTH Aachen
Prof. Georg Roth, Institut für Kristallographie, RWTH Aachen

Beteiligter Wissenschaftler: Dr. Lars Peters

Untersuchungs-Gegen­stand ist u. a. die piezo- und ferroelektrische ß-Phase des PVDF (Poly-Vinyliden-Fluorid), die für fortge­schrit­tene An­wen­dungen im Bereich „smart fabrics“ disku­tiert wird. Die Anwendung von Beugungsme­thoden - hier Weitwin­kel-Röntgen­beugung an Fasern - liefert wichtige Informati­onen zur Charakterisie­rung der Fasern bezüglich der Kristallinität, der Pha­sen­anteile, der Kristall­struktur und der kris­tallographischen Textur. Diese Informati­onen wer­den genutzt, um den Gehalt an ferro­elektri­scher ß-Phase des PVDF im Spinn­pro­zess, die Ausrichtung der Kris­tallite entlang der Fa­ser­achse und damit auch die mechanischen und elektrischen Eigenschaf­ten der Fasern zu op­timieren. Untersuchungsgegenstand ist weiterhin der Einfluss von Schichtsilikaten auf Struktur und Festig­keitseigenschaften von Polyamid 6 Multifila­menten.

 
 

Festkörperchemie der Actiniden

Juniorprofessur an der RWTH Aachen.

Prof. Dr. Evgeny Alekseev, Institut für Energie und Klimaforschung, Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit (IEK-6), FZ Jülich

 
 

Biokristallographie

Leerprofessur an der RWTH Aachen.

Prof. Dr. Valentin Gordeliy, Institut de Biologie Structurale (IBS), CEA Grenoble und Institute of Complex Systems, Strukturbiochemie (ICS-6), FZ Jülich

Ein hochaktuelles Forschungsgebiet kommt aus der Optogenetik: Untersuchungsobjekte sind Proteinmoleküle, die durch Licht Prozesse in Nervenzellen des Gehirns steuern. Je nach Belichtung setzen diese Proteine den Transport von Kationen ins Zellinnere oder aus dem Zellinneren heraus in Gang und versetzen das Neuron damit in aktiven oder ruhenden Zustand. Gleichzeitig wirken sie als Filter, die nur bestimmte Kationen durchlassen. Diese Zusammenhänge konnte das internationale Team von Valentin Gordeliy durch Röntgenstrukturanalyse an Kristallen eines KR2 genannten Proteinmoleküls des Meeresbakteriums Krokinobacter eikastus aufdecken. Darauf aufbauend stellte es durch gezielten Austausch einzelner Aminosäuren dieses Moleküls, das Na-Kationen transportieren kann, eine Variante her, die K-Ionen befördert – ein Prozess, der in der Natur noch deutlich häufiger vorkommt. Es wird weiterhin nach anderen maßgeschneiderten Proteinen, die lichtgesteuert Ca und andere Elemente transportieren können, geforscht. Ein solches Arsenal an lichtgesteuerten Kationenpumpen, die kontrolliert Neuronen an- und abschalten können, stellt der Hirnforschung wertvolle Hilfsmittel für die Erforschung neuronaler Schaltkreise zur Verfügung. (S. auch Peter Zekert: „Leuchtende Zukunft“, effzett 2 (2015), 14-15.)

 
 

Drittmittelprojekte

Bundesministerium für Bildung und Forschung Urheberrecht: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Erweiterung des heißen Einkristalldiffraktometers HEIDI für Experimente an kleinen Proben < 1 mm³ und mit Druckzellen

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Projektträger: Deutsches Elektronen-Synchrotron (PT-DESY)

Förderkennzeichen des BMBF: 05K16PA3

Laufzeit: 01.07.2016 – 30.06.2019

Projektleitung: Prof. Georg Roth

Verantwortliche Wissenschaftler: Dr. Martin Meven, Dr. Andrzej Grzechnik

Projekttechniker: Philipp Tesch

Das Neutroneneinkristalldiffraktometer HEIDI am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) in Garching - betrieben durch die RWTH Aachen für das JCNS - soll durch gezielte Erweiterungen verschiedener optischer Komponenten in die Lage versetzt werden, Proben deutlich unterhalb von 1 mm³ Volumen mit kurzwelligen Neutronen zu untersuchen. Dies soll durch eine Erhöhung des Neutronenflusses und eine Verbesserung des Signal-zu-Untergrund-Verhältnisses sowie effizientere Probencharakterisierung/-orientierung erfolgen. Die angestrebten Verbesserungen ermöglichen insbesondere die Untersuchung von Einkristallen unter hohem Druck in Diamantstempelzellen. Hierzu sollen Hochdruckzellen entwickelt und an die Gegebenheiten von HEIDI angepasst werden und so ein völlig neuer Kreis von Nutzern erschlossen werden. In der Summe können so zusätzliche wichtige Beiträge zum Verständnis kondensierter Materie in aktuellen Forschungsgebieten aus den Bereichen Energie- und Datenspeicher, Materialwissenschaften sowie Kristallphysik und -chemie gewonnen und der wissenschaftliche Output an HEIDI und dem MLZ gesteigert werden.

 

Kürzlich beendete Drittmittelprojekte

Bundesministerium für Bildung und Forschung Urheberrecht: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Aufbau und Inbetriebnahme des Einkristalldiffraktometers mit polarisierten Neutronen POLI und Implementierung der Flipping-Ratio-Methode an der heißen Quelle des FRM II

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Projektträger: Deutsches Elektronen-Synchrotron (PT-DESY)

Förderkennzeichen des BMBF: 05K13PA3

Laufzeit: 01.07.2013 – 31.12.2016

Projektleitung: Prof. Georg Roth

Verantwortlicher Wissenschaftler: Dr. Vladimir Hutanu

Das Einkristalldiffraktometer für polarisierte Neutronen POLI wurde an seinem neuen Messplatz am Strahlkanal SR-9a der heißen Quelle des FRM II aufgebaut und mit neuen Monochromatoren in Betrieb genommen. Es wurden ein 3He-Polarisator für heiße Neutronen und ein radialer, für fokussierende Geometrie konstruierter Superspiegelpolarisator für thermische Neutronen entwickelt, gebaut und beide Polarisatoren an den zwei Sekundärstrahlkanälen von POLI in Betrieb genommen. Zusätzlich wurde die Infrastruktur für die Nutzung von POLI eingerichtet. Alles zusammen ermöglicht einen unabhängigen wissenschaftlichen Messbetrieb der beiden Einkristalldiffraktometer HEiDi (SR-9b) und POLI (SR-9a) an der heißen Quelle. Das Einkristalldiffraktometer POLI ist mit Nullfeld-3D-Polarisationsanalyse ausgestattet und soll für Flipping-ratio-Messungen zur Spindichteuntersuchung mit einem vertikalen Hochfeldmagneten, der ein asymmetrisches Magnetfeld sowie einen großen vertikalen Öffnungswinkel erfordert, erweitert werden.

Mit der Erweiterung von POLI wurden zwei bisher in Deutschland nicht verfügbare Messmethoden (Nullfeld-3D-Polarisations-Analyse für die Bestimmung von komplexen Magnetstrukturen und Flipping-ratio-Methode für die Bestimmung von Spindichten) am FRM II etabliert.

 
  Bundesministerium für Bildung und Forschung Urheberrecht: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Verbundprojekt Conditioning: Grundlegende Untersuchungen zur Immobilisierung langlebiger Radionuklide mittels Einbau in endlagerrelevante Keramiken; Teilprojekt E

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Projektträger: Karlsruhe im Karlsruher Institut für Technologie (PTKA-WTE)

Förderkennzeichen des BMBF: 02NUK021E

Laufzeit: 01.10.2012 – 31.03.2016

Projektbeteiligte:

Prof. Dirk Bosbach (FZ Jülich, IEK6)
PD Dr. Thorsten Stumpf (Karlsruher Institut für Technologie, INE)
Dr. Andreas C. Scheinost (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, IRO)
Prof. Georg Roth (RWTH Aachen, IFK)
Prof. Rainer Telle (RWTH Aachen, GHI)
Prof. Clemens Walther (Leibnitz-Universität Hannover, IRS)
Prof. Björn Winkler (Goethe-Universität Frankfurt, IFG)
Dr. Guido Deissmann (Brenk Systemplanung GmbH, Aachen)
Projektkoordinator: Dr. Stefan Neumeier (FZ Jülich, IEK6)
Beteiligte Doktorandin: M. Sc. Antje Hirsch

Keramische Materialien werden seit Jahrzehnten aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften als erfolgversprechende Alternative zu Borosilicatgläsern als Matrix für die Endlagerung radioaktiver Abfälle diskutiert. Sie besitzen aufgrund ihrer Kristallinität eine um einige Größenordnungen höhere Korrosionsbeständigkeit unter Endlagerbedingungen im Vergleich zu Gläsern. Die Phosphate mit Monazitstruktur und die Zirconate mit Pyrochlorstruktur, die in diesem Projekt untersucht werden, zeichnen sich durch ihre besonders ausgeprägte Strahlenbeständigkeit aus. Strahlenschäden bewirken bei diesen Materialien keine Amorphisierung. Dieser Effekt ist im Falle der Monazite auf Rekristallisationsprozesse bei niedrigen Temperaturen und im Fall der Pyrochlor-Zirconate auf die strukturelle Flexibilität zurückzuführen. Allerdings sind bis heute keine Modelle entwickelt worden, die die hochkomplexen Zusammenhänge zwischen Struktur und Stabilität bezüglich des Verhaltens der Monazite und Zirconat-Pyrochlore unter endlagerrelevanten Bedingungen ausreichend beschreiben können.

Im Rahmen dieses Vorhabens wurden experimentelle Untersuchungen (Strukturaufklärung, Korrosionsversuche, Strahlenbeständigkeit) mit komplementär durchgeführten Modellrechnungen zur Ermittlung endlagerrelevanter thermodynamischer und kinetischer Daten verknüpft. Auf diese Weise wurden Beiträge zur Entwicklung von Modellen auf der Grundlage von Struktur-/Eigenschaftsbeziehungen geleistet, mit denen sich die Vorgänge der Endlagerprozesse auf atomarer Basis beschreiben und belastbare Aussagen bezüglich der Langzeitstabilität und des Rückhaltevermögens treffen lassen.

Die in diesem Verbundprojekt erzielten Ergebnisse wurden u. a. in folgenden Publikationen dargestellt:

  • J. D. Bauer, A. Hirsch, L. Bayarjagal, L. Peters, G. Roth, B. Winkler: Schottky contribution to the heat capacity of monazite type (La,Pr)PO4 from low temperature calorimetry and fluorescence measurements. Chemical Physics Letters 654 (2016), 97-102.
  • J. Ruiz-Fuertes, A. Hirsch, A. Friedrich, B. Winkler, L. Bayarjagal, W. Morgenroth, L. Peters, G. Roth, V. Milman: High-pressure phase of LaPO4 studied by x-ray diffraction and second harmonic generation. Physical Review B 94 (2016), 134109.
  • A. Hirsch, P. Kegler, I. Alencar, J. Ruiz-Fuertes, L. Peters, C. Schreinemachers, A. Shelyug, A. Neumann, S. Neumeier, H.-P. Liermann, A. Navrotsky, G. Roth: Structural, vibrational, and thermodynamical properties of the monazite-type solid solution La1-xPrxPO4. Journal of Solid State Chemistry 245 (2017), 82-88.
  • A. Thust, A. Hirsch, L. Peters, G. Roth, E. Haussühl, N. Schrodt, B. Winkler: Physical properties and microstructures of La1-xPrxPO4 monazite-ceramics. Phys. Chem. Minerals (2017), DOI: 10.1007/s00269-017-0921-2.
  • 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.
  • D. Errandonea, O. Gomis, S. N. Achary, G. Roth, J. Ruiz-Fuertes, A. Hirsch, L. Peters, P. Rodriguez-Hernandez, M. Bettinelli, M. Gupta, F. J. Manjon, A. Munoz, A. K. Tyagi: High-pressure structural and vibrational properties of monazite-type BiPO4, LaPO4, CePO4 and PrPO4. Journal of Physics/Condensed Matter 30 (2018), 065401.
 
  Bundesministerium für Bildung und Forschung Urheberrecht: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Verbundprojekt Komponenten für die Polarisationsanalyse: Teilprojekt 2: Einkristalldiffraktometer mit polarisierten Neutronen (POLI) am Strahlkanal SR-9a des FRM II

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Projektträger: Deutsches Elektronen-Synchrotron (PT-DESY)

Förderkennzeichen des BMBF: 05K10PA2

Laufzeit: 01.07.2010 – 31.12.2013

Projektleitung: Prof. Georg Roth

Verantwortlicher Wissenschaftler: Dr. Vladimir Hutanu

Das Vorhaben des Projektes konzentrierte sich auf drei Ziele: Aufbau eines neuen Messplatzes am SR-9a an der heißen Quelle des FRM II zur Aufnahme des polarisierten Einkristalldiffraktometers POLI, Vorbereitung für den Aufbau der Flipping-ratio-Methode mit einem Hochfeldmagneten, Testmessungen zur 3D-Polarisationsanalyse und Machbarkeitsstudien der Flipping-ratio-Methode sowie Vergleichsmessungen mit unpolarisierten Neutronen und anderen Methoden.

 
  Bundesministerium für Bildung und Forschung Urheberrecht: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Entwicklung, Bau, Inbetriebnahme und Einsatz eines Transmissions-Polarisators für das kalte Dreiachsenspektrometer IN12 am Hochflussreaktor des ILL in Grenoble

Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Projektträger: Deutsches Elektronen-Synchrotron (PT-DESY)

Förderkennzeichen des BMBF: 05K10PA3

Laufzeit: 01.07.2010 – 30.06.2013

Projektleitung: Prof. Georg Roth

Verantwortliche Wissenschaftler: Dr. Wolfgang Schmidt, Dr. Karin Schmalzl, Dr. Heifeng Li

Das Projekt lieferte Beiträge zum Schwerpunkt Erforschung kondensierter Materie an Großgeräten im Bereich der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung im Fokusbereich Entwicklung und Aufbau innovativer Instrumentierung. Es diente dem Förderungsgegenstand Ausbau der experimentellen Infrastruktur und der Erarbeitung neuer Methoden zur Erforschung kondensierter Materie mit Neutronen mit dem Ziel, die Nutzungsmöglichkeiten vorhandener Großgeräte zu erweitern, deren Leistungsfähigkeit zu steigern und somit der Erforschung kondensierter Materie neue Impulse zu verleihen.

Dies betrifft konkret die Auslegung und Realisierung eines neuartigen, bisher nur an sehr wenigen Einrichtungen eingesetzten Transmissions-Polarisators zur Untersuchung von komplexen magnetischen Strukturen und Anregungen mittels polarisierter Neutronen am kalten Dreiachsen-Spektrometer IN12 am Hochflussreaktor des Institut Laue-Langevin (ILL). Ein solcher Polarisator erlaubt die detaillierte Untersuchung von magnetischen Festkörpereigenschaften und dient damit sowohl einem besseren Grundlagenverständnis als auch der Entwicklung von neuartigen magnetischen Materialien für zukünftige Anwendungen.

Die im Rahmen des Projektes entwickelten, gebauten und in Betrieb genommenen Haupt-Komponenten umfassen im Wesentlichen: den Transmissionspolarisator nebst Neutronenleiterelement und Magnetumfassung, das magnetische Führungsfeld vom Polarisator bis zum Leiterende, ein Helmholtz-Spulenpaar um die Monochromatorabschirmung, polarisatorspezifische, verstärkte Gamma- und Neutronenabschirmungen sowie eine Vorrichtung zum einfachen Wechsel von polarisierten zu unpolarisierten Neutronen.

Ausführliche Testmessungen sowie erste Anwendungen auf wissenschaftliche Fragestellungen belegen die ausgezeichneten Leistungsdaten des neuen Polarisators: eine sehr gute Polarisation (90-96% am Probenort, ‚flipping-ratio‘ 20-27) über einen sehr breiten nutzbaren Wellenlängenbereich (2-6 Å) mit guter Transmission (30-35% des unpolarisierten Neutronenflusses), und dies ohne eine Neujustierung des Spektrometers, wenn der Aufbau von nicht-polarisiert zu polarisiert gewechselt wird. Zusammen mit der durch das Upgrade des Primärspektrometers erreichten Flusssteigerung (Faktor 5 bis 10 je nach Wellenlänge) setzt das IN12 nun auch für polarisierte Neutronen weltweit Maßstäbe für Dreiachsenspektrometer. Das Instrument steht deutschen und internationalen Festkörperwissenschaftlern über das Messzeit-Vergabeverfahren des Jülich Center for Neutron Science (JCNS) und des Institut Laue-Langevin (ILL) zur Verfügung.

Als wissenschaftliche Fragestellungen von hoher Relevanz wurde im Rahmen des Projektes die Nutzung von Neutronen für die detaillierte Untersuchung von neuen funktionellen Materialien, insbesondere magnetischen und spintronischen Verbindungen betrieben. Als Beispiele seien Multiferroika, Pnictid-Supraleiter und magnetisch frustrierte System genannt.

 
  DFG Urheberrecht: DFG

Globale Optimierung: Strukturbestimmung mittelgroßer Strukturen aus niedrig aufgelösten Pulver-Röntgenbeugungsdaten

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Förderkennzeichen der DFG: RO 2055/6-1

Laufzeit: 01.11.2010 – 31.10.2013

Projektleitung: Prof. Georg Roth

Beteiligter Doktorand: Dipl.-Phys. Jan Simons

Die Kristallstrukturbestimmung aus auflösungslimitierten Pulver-Röntgenbeugungsdaten stellt – insbesondere im Fall mittelgroßer anorganischer Verbindungen mit einer großen Anzahl von unabhängigen Variablen – auch heute noch eine sehr anspruchsvolle Aufgabe dar; Standardalgorithmen zur Optimierung von Strukturmodellen gegen gemessene Beugungsdaten arbeiten im Falle derartiger, hochdimensionaler Probleme nur mäßig effektiv oder finden nicht das globale Optimum der multimodalen Zielfunktion.

Ziel des Forschungsprojektes war es daher, Optimierungsalgorithmen zu entwickeln, die an die Struktur der zu optimierenden Zielfunktion angepasst sind und dabei inhärente Eigenschaften dieser Zielfunktion zur Beschleunigung der Konvergenz ausnutzen.

In Vorarbeiten hatten sich dafür zwei Ansätze als besonders erfolgversprechend herausgestellt, die in dem Projekt intensiv und systematisch untersucht wurden und als einfach nutzbares Softwarepaket der wissenschaftlichen Gemeinschaft (als kostenfreie Open-source-Lösung) zur Verfügung gestellt werden sollen:

Konfigurationsoptimierung: Durch eine Diskretisierung des Problems – unter Ausnutzung grundlegender kristallchemischer Überlegungen – wird aus der kontinuierlichen, hochdimensionalen Optimierungsaufgabe ein abzählbares, kombinatorisches Problem, welches in realistischen Zeiten auch für große Strukturen lösbar erscheint.

Successive line scans: Die Zielfunktion weist eine charakteristische Grabenstruktur auf, die es ermöglicht, mit einer Serie von aufeinander folgenden eindimensionalen Schnitten durch den Suchraum das globale Optimum mit hoher Wahrscheinlichkeit zu finden.

Mit beiden Ansätzen konnten regelmäßig Strukturen mit 10 bis 15 Atomen in der asymmetrischen Einheit aus synthetischen Beugungsdaten bestimmt werden. Die systematische Untersuchung und Weiterentwicklung dieser beiden Ansätze trägt dazu bei, das Problem der Strukturbestimmung aus niedrig aufgelösten Pulver-Röntgenbeugungsdaten deutlich zu entschärfen und so zum besseren Verständnis insbesondere solcher Substanzen, die nicht oder nur schwer in Form von Einkristallen herstellbar sind.

 
  DFG/JARA Urheberrecht: DFG/JARA

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

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Kooperation im Rahmen von JARA|ENERGY.

Förderkennzeichen der DFG: RO 2055/7-1

Laufzeit: 01.07.2012 – 30.06.2015

Projektleitung:

PD Hartmut Schlenz, Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit (IEK-6), FZ Jülich)
Prof. Georg Roth, Institut für Kristallographie, RWTH Aachen

Beteiligter Wissenschaftler: Dr. Andreas Neumann

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.