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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Strukturforschung

Strukturforschung im Bereich Nukleare Entsorgung.

Die chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Materials werden durch seine chemische Zusammensetzung, die chemischen Bindungen und insbesondere durch seine Struktur bestimmt, unabhängig davon, ob es sich um kristalline oder amorphe Materie (Gläser) handelt. In der nuklearen Entsorgung werden hauptsächlich Keramiken und Gläser als Entsorgungsmaterialien für radioaktive Elemente untersucht und eingesetzt. Um die Eigenschaften eines Materials verstehen und neue Materialien gezielt entwickeln zu können, muss neben der relativ leicht zu ermittelnden chemischen Zusammensetzung die Struktur bekannt sein. So wird zum Beispiel die Kristallstruktur von Monazit (s. Abbildung) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Gehalten an Uran (U) und Thorium (Th) röntgenographisch bestimmt, um Strukturänderungen aufgrund möglicher Strahlenschäden durch den radioaktiven Zerfall von U und Th beobachten zu können. Weitere Phasen, die für die nukleare Entsorgung geeignet erscheinen und daher im IEK-6 untersucht werden, sind zum Beispiel Zirkonate mit Pyrochlorstruktur, Cer-, Uran- und Thorium-Oxide sowie Uran- und Thoriumsilikate.

Kristallstruktur von MonazitKristallstruktur von Monazit

Für die Strukturbestimmung werden im IEK-6 Methoden zur Röntgen und Neutronenbeugung eingesetzt, wobei für die Röntgenbeugung auch Experimente an Beschleunigern (Synchrotronstrahlung) durchgeführt werden, zum Beispiel an den Großforschungseinrichtungen ANKA (Karlsruhe), HASYLAB (Hamburg) oder ESRF (Grenoble). Neutronenbeugungsexperimente werden, in Kooperation mit dem Institut für Kristallografie der RWTH-Aachen (XTAL), am Forschungsreaktor FRM II in Garching durchgeführt. Um weitere Details einer Struktur bestimmen zu können, finden im IEK-6 auch spektroskopische Methoden wie die Raman und die IR-Spektroskopie Anwendung. Ergänzend zu den experimentellen Methoden erfolgt teilweise auch die Konstruktion von Strukturmodellen mittels Computer-Simulationen (Reverse-Monte-Carlo-Verfahren), unter Zuhilfenahme zuvor experimentell ermittelter Daten.

Zusatzinformationen

Leiter der Arbeitsgruppe

Priv.-Doz. Dr. Hartmut Schlenz

Gebäude: 05.3, Raum: 228

Tel.: +49 2461 61-1757
Fax: +49 2461 61-2450

h.schlenz@fz-juelich.de


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