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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Neue Entsorgungsstrategien

Das F&E-Programm für innovative nukleare Entsorgungsstrategien konzentriert sich auf die Abtrennung langlebiger Radionuklide (Minore Actiniden, Iod-129, Technetium-99 usw.) aus hochradioaktiver Abfalllösung ('Partitioning') und die anschließende Immobilisierung in keramische Materialien ('Konditionierung').

Partitioning

Die Forschung zur selektiven Abtrennung von Radionukliden aus radioaktiven Abfalllösungen (engl. partitioning) basiert auf hochselektiven hydrometallurgischen Trennverfahren. Für die erfolgreiche Abtrennung bestimmter Abfallbestandteile ist ein grundlegendes Verständnis der Komplexierung von Radionukliden in wässrigen und organischen Lösungen eine entscheidende Voraussetzung. Die Forschungsarbeiten decken die Bereiche Thermodynamik, Hydrodynamik und Kinetik der Flüssig-Flüssig-Extraktion sowie die langfristige Stabilität des Lösemittels (Hydrolyse und Radiolyse) ab. Auch die Rezyklierung, Reinigung und Entsorgung der Sekundärabfälle müssen weiter untersucht werden. Zur Untersuchung der Mechanismen von Komplexierung und Extraktion werden hochdifferenzierte Analyseverfahren verwendet (z. B. Röntgenbeugung, Laserspektrometrie, NMR). Dies geschieht derzeit in enger Zusammenarbeit mit europäischen Partnern im Rahmen des aktuellen EU-Projekts SACSESS (Laufzeit 2013–2016) und des laufenden Projekts F-KOM, das vom BMBF gefördert wird (Laufzeit: 2012–2015). Die Ergebnisse dienen der Entwicklung multiskaliger Modelle für den Einsatz in einem Simulationscode – ein unverzichtbares Werkzeug für den sicheren Einsatz solcher Trennverfahren. Die Fließschemas werden im Labormaßstab mit simulierten Abfalllösungen getestet und anhand von Modellvorhersagen ausgewertet.

Konditionierung

Keramische Abfallformen für die Immobilisierung von Actiniden wurden in den letzten Jahrzehnten eingehend untersucht, da sie im Vergleich zu anderen Abfallformen (einschließlich Borsilikatglas und abgebrannte Brennelemente) einige Vorteile aufweisen. Bei den heute verwendeten Entsorgungsstrategien werden zurzeit keine keramischen Abfallformen berücksichtigt. Trotzdem scheint es auch in Zukunft wichtig, diese Option weiter zu untersuchen, beispielsweise im Hinblick auf gesonderte Abfallströme und gewisse Einschränkungen hinsichtlich der Endlagerung in tiefen geologischen Formationen. Das Hauptinteresse der Forschungsarbeiten gilt einphasigen Keramiken wie Monazit und Materialien auf Basis von Zirkonoxid. Dazu gehören folgende Aspekte:

  • Synthese (Sol-Gel-Verfahren, Hydrothermalsynthese, Co-Fällung),
  • strukturelle und mikrostrukturelle Charakterisierung mithilfe moderner spektroskopischer/diffraktiver Methoden (Raman, XRD, TRLFS) und mikroskopischer Verfahren (REM, FIB/TEM),
  • thermodynamische Stabilität und Reaktivität unter den bei der nuklearen Entsorgung relevanten Bedingungen, insbesondere im Hinblick auf Auslaugung/Korrosion in wässrigen Medien, sowie
  • Untersuchungen zu Strahlenschäden.

Schließlich wird ein grundlegendes Verständnis dieser Aspekte dazu beitragen, die Langzeitsicherheitsanalyse von Konzepten für die geologische Endlagerung solcher Materialien zu verbessern.

Zusatzinformationen

Leiter der Arbeitsgruppe

Priv.-Doz. Dr. Giuseppe Modolo

Gebäude: 05.3, Raum: 235

Tel.: +49 2461 61-4896
Fax: +49 2461 61-2450

g.modolo@fz-juelich.de


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