Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz ... - PTKA

Zuwendungsempfänger:
TU München, Arcisstraße 21, 80333 München
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Förderkennzeichen:
02 E 9763
Vorhabensbezeichnung:
Einfluss von Kolloiden auf die Migration von Actiniden
Zuordnung zum FuE-Programm:
Entsorgung gefährlicher Abfälle in tiefen geologischen Formationen: Verbesserung von Instrumentarien
für die Sicherheitsbewertung von Endlagern und Untertagedeponien
Laufzeit des Vorhabens:
Berichtszeitraum:
01.11.2003 bis 31.10.2006
Gesamtkosten des Vorhabens:
491.930,00 EUR
1. Vorhabensziele/Bezug zu anderen Vorhaben
01.07.2006 bis 31.10.2006
Projektleiter:
Dr. Kim
Ziel des Vorhabens ist die Aufklärung von Bildungsmechanismen, Stabilität und Transport von Kolloiden, die die
Ausbreitung von Actiniden im Nah- und Fernfeld eines Endlagers mitbestimmen können. Aufbauend auf den experimentellen
Ergebnissen erfolgt die Quantifizierung und modellmäßige Beschreibung der kolloidgetragenen Actinidmigration.
Das Forschungsprojekt wird in Kooperation und mit Unterstützung des Instituts für Nukleare Entsorgung
des Forschungszentrums Karlsruhe (FZK-INE) durchgeführt.
2. Untersuchungsprogramm/Arbeitspakete
AP(I): Untersuchung der Bedingungen für die Bildung und Stabilität von Kolloiden
AP(II): Untersuchung der Wechselwirkung von Actiniden mit Kolloiden
AP(III): Studie des Migrationsverhaltens von Actiniden in kolloidalem Zustand
3. Durchgeführte Arbeiten und Ergebnisse
In diesem Vorhabenszeitraum wurden innerhalb der Arbeitspakete I, II und III folgende Arbeiten durchgeführt:
Bearbeitung des Themas: Bindung von Actiniden an Hydroxy-Aluminosilicat (HAS)-Kolloiden in Anwesenheit
von Huminsäure
In unseren vorangegangenen Arbeiten wurden die Bildungs- und Stabilitätsbedingungen von anorganischen Kolloiden,
sowie die Inkorporation von Actiniden während des Kolloidbildungsprozesses untersucht. Betont wurde der Syntheseprozess
zur Bildung von Kolloiden durch Conukleation von natürlichen Elementen mit hoher Oxidationsstufe in Lösung,
weil dieser Kolloidentstehungsprozess eine maximale Wechselwirkung mit Actiniden gewährleistet. Als repräsentatives
Modell-Experiment wurde die Synthese von HAS Kolloiden aus den häufigst vorkommenden Grundwasserelementen
(Si(IV) und Al(III)) in Anwesenheit von Actiniden unterschiedlicher Oxidationsstufe ( 241 Am(III), 234 Th(IV),
237 Np(V) und 233 U(VI)) gewählt. Anhand von radiometrischen Messungen, gekoppelt mit Filtration bei 450 nm und
Ultrafiltration bei 1.5 nm, durch den Einsatz von der Laser-Induced-Breakdown-Detektion (LIBD), der Time-
Resolved-Laser-Spektroskopie (TRLFS) und der Extended-X-ray-Fine-Structure-Spektroskopie (EXAFS), sowie mittels
der EDTA-Liganden-Verdrängungsmethode wurde nachgewiesen, dass nur hydrolysierte Actinid-Spezies mit Si
und Al eine Conukleation eingehen können. Dabei wurden nicht nur den thermodynamischen sondern auch den kinetischen
Löslichkeits-Parametern die entscheidende Rolle zugeschrieben. Bei hohem pH, hoher Konzentration der beteiligten
Elemente, nach langer Konditionierungszeit, bei erhöhter Temperatur, und bei einer Actinid-Oxidationsstufe in
der Reihe: Th(IV) > U(VI) > Am(III) >> Np(V), wurde die optimale Actinid/HAS Bindungsaffinität durch maximale
Element- (Actinid)- Hydrolysierbarkeit erreicht.
Nachfolgend wurde das 3-Komponenten Modell auf natürlichen Grundwasserbedingungen erweitert unter Einbezug
von Huminsäure als häufigst vorkommende organische Komponente, die selbst großenteils als Kolloide vorliegt. Es
wurde gezeigt, dass im 4-Komponenten System, Si/Al/Actinid/[ 14 C]-Huminsäure, eine Kompetition zwischen zwei Liganden
(Silicylsäure und Huminsäure) um die Bindung mit jeweils zwei Metallionen (Al und Actinid) stattfindet. Es
wurde nachgewiesen, dass die genannten Konkurrenzreaktionen generell zu einem erweiterten Stabilitätsbereich der
Pseudokolloide von Actiniden führt. Dies wurde aus 14 C- und Actinid-Inkorporationsmustern, die die jeweilige Aktivitätsfraktion
in der kolloidalen Phase in Abhängigkeit des pH´s unter Variation der Si- und Al-Konzentration nach verschiedenen
Konditionierungszeiten wiedergeben, abgeleitet. Aus dem Vergleich der Aktivitäts-Inkorporationsmuster
für die einzelnen Kolloide, entweder HAS oder Huminsäure, mit dem der beiden Kolloidarten zusammen, wurden Pa-