Verbundprojekt: Geochemische Radionuklidrückhaltung an Zementalterationsphasen Phase II (GRaZ II); Teilprojekt E

Abstract

Bei der vorgesehenen Endlagerung radioaktiven Abfalls in tiefen geologischen Schichten wird Zement und Beton sowohl aus Baustoff, zur Streckenstabilisierung und in geotechnischen Barrieren, als auch zur Konditionierung des Abfalls eingesetzt werden. Insofern ist die Beurteilung der Wechselwirkung von Radionukliden, etwa von Uran und anderen Aktiniden aus abgebrannten Kernbrennstoffen, mit Zementphasen für eine Langzeitsicherheitsanalyse wesentlich. Hierbei spielt neben der Sorption an Zement die Komplexbildung und Löslichkeit in gewöhnlich stark basischen und salzhaltigen Zementporenwässern eine wesentliche Rolle für die Mobilität der Aktiniden. In diesem Projekt wurde die Sorption von Aktiniden an Zement und die Komplexierung mit verschiedenen Lösungsbestandteilen, insbesondere unter den für Zement typischen stark basischen Bedingungen, mit quantenchemischen Rechenmethoden untersucht. Die bisher nur grob bekannten Sorptionsmechanismen und insbesondere sorbierten Komplexe der Aktiniden an der wesentlichen Zementphase Calciumsilikathydrat (CSH) wurden für Th(IV) im Vergleich zu U(IV) sowie Cm(III) untersucht. Zusätzlich wurde die Sorption von Fe(II) als mögliches Konkurrenzion charakterisiert. Dieses entsteht in erheblichen Mengen durch Korrosion des Stahls von Behältern und Armierungen unter den zu erwartenden reduzierenden Bedingungen eines Endlagers. Bisher wenig bekannte Silikatkomplexe wurden am Beispiel von U(VI) detailliert untersucht, da mit erhöhten Silikatkonzentrationen als Folge der Zementversetzung zu rechnen ist. Zementadditive wie Gluconsäure und PBTC tragen zur Löslichkeit der Aktiniden bei. Zur Unterstützung der Interpretation spektroskopischer Messungen zur Vielfalt der möglichen Komplexe unter verschiedenen Bedingungen wurden entsprechende Komplexe des Lanthans als Analogon bzw. des U(VI) modelliert. Ternäre Hydroxokomplexe der Aktiniden mit Erdalkaliionen tragen zur Löslichkeit in Salzlösungen bei hohem pH bei. Als Beispiel wurden (Ca,Mg)-Am(III)-OH-Komplexe charakterisiert und mit experimentellen Ergebnissen verglichen.