Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie sich radioaktives Selen im Endlager verhält

13.03.2009
Das Radionuklid Selen-79 fällt in Kernkraftwerken als Abfallprodukt an. Bisher ging man davon aus, dass dieses radioaktive und giftige Schwermetall unter Endlager-Bedingungen relativ mobil ist und daher ein erhöhtes Risiko darstellt.

Chemiker des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) fanden nun heraus, dass Selen-79 sehr viel weniger mobil ist als bisher von der Fachwelt vermutet.

Die sichere Endlagerung von radioaktivem Abfall ist eine der großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Alle hierfür entwickelten Konzepte sehen vor, dass die oft langlebigen radioaktiven Substanzen durch viele Barrieren von der Umwelt ferngehalten werden - durch Einbettung in eine keramische oder gläserne Matrix, Verfüllung in Stahlfässer, Auffüllen von Ton sowie durch die geologischen Besonderheiten der Endlagerstätte selbst.

Das Isotop Selen-79 mit einer Halbwertszeit von einer Million Jahren stellt einen bedeutenden Anteil an der hohen radioaktiven Dosis und Toxizität eines Endlagers. Unter Fachleuten ruft es aber vor allem auch deswegen Besorgnis hervor, weil bislang davon ausgegangen werden musste, dass Selen-79 von den Barrieren nur schlecht zurückgehalten wird und sich daher möglicherweise weit verbreitet.

Diese Eigenschaft hängt mit der besonderen Chemie von Selen zusammen: durch Änderung des Oxidationszustands (Aufnahme oder Abgabe von Elektronen), ändert sich das Umweltverhalten diese Elementes grundlegend. Bislang nahm man an, dass Selen im Endlager in den zwei Oxidationsstufen +IV und +VI vorkommt. Dabei entstehen Anionen (negativ geladene Moleküle), die sich sehr gut in Wasser lösen und zudem kaum mit den Barrierematerialien reagieren. Wird Selen jedoch zu den Oxidationsstufen 0 oder -II reduziert, dann fallen unlösliche Minerale (Festphasen) aus, und die Gefahr, dass eindringendes Grundwasser radioaktives Selen in die Umwelt trägt, sinkt drastisch.

Langwierige und aufwendige Experimente an der "Rossendorf Beamline" (ROBL) am Europäischen Synchrotron im französischen Grenoble konnten nun erstmals genau aufklären, wie sich Selen-79 im Endlager und in der Umwelt verhält. Die teils überraschenden Ergebnisse tragen maßgeblich zur Sicherheit von Endlagerstätten bei. Dr. Andreas Scheinost, Leiter von ROBL: "Heute können wir mit großer Sicherheit annehmen, dass Selen-79 am Stahlcontainer festgehalten wird, selbst wenn dieser durchrostet. Weiteren Schutz bieten die unterschiedlichen Minerale, die um den Container herum vorkommen. Das Risiko, dass Selen-79 in die weitere Umgebung des Endlagers und damit in die Umwelt gelangen könnte, ist somit wesentlich geringer als bisher angenommen."

Bei den Untersuchungen zur Reduktion von Selen-79 kam die Stärke von ROBL zum Tragen: als lange Zeit einziges Strahlrohr für radioaktive Proben ist es hier möglich, hochauflösende spektroskopische Untersuchungen an radioaktiven Schwermetallen durchzuführen - und dies mit genau kontrollierbaren Parametern. Bisher war die Untersuchung von Selen-79 unter reduzierenden Bedingungen nicht möglich, weil hierfür gewährleistet sein muss, dass die Probe unter Sauerstoffausschluss hergestellt, transportiert und in mehrstufigen Prozessen analysiert werden kann. Diese hohen Anforderungen an Experimente mit Selen konnte Dr. Scheinost nun in einer gemeinschaftlichen Anstrengung mit den Universitäten in Grenoble, Bordeaux, Le Mans (Frankreich) und Umea (Schweden), dem "Centre National de la Recherche Scientifique" (CNRS) und dem FZD erfüllen. So gelangen an ROBL aufwendige Experimente zur Röntgen-Absorptions-Spektroskopie (kurz: XAS). Mit diesen und weiteren Methoden untersuchte Dr. Scheinost gemeinsam mit seinen Kooperationspartnern das Bindungsverhalten von Selen-79 unter Endlager-Bedingungen.

Im Endlager tritt Selen-79 mit metallischem Eisen, Rost oder mit unterschiedlichen Mineralen wie Montmorillonit, Magnetit, Siderit oder Mackinawit in Reaktion. Diese Substanzen kommen an der Oberfläche von rostenden Stahlfässern, in der die Fässer umgebenden Auffüllmasse sowie im Wirtsgestein des Endlagers vor. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass all diese Substanzen in der Lage sind, Selen von der Oxidationsstufe +IV zu den Oxidationsstufen 0 oder -II zu reduzieren. Dabei konnten auch die Reaktionsschritte von Selen-79 im Detail nachvollzogen werden bis hin zu den exakten Reaktionsgeschwindigkeiten. So laufen etwa die Reduktionsprozesse zwischen dem radioaktiven Isotop und Metall oder Rost erstaunlich schnell ab - teils in 10 bis 30 Minuten -, während die Reduktion an weniger reaktiven Oberflächen wie an Tonmineralen bis zu mehreren Monaten dauern kann. Die bei der Reduktion entstehenden Festphasen sind Partikel mit nur wenigen Nanometern Durchmesser (1 Nanometer = 1 Millionstel Millimeter). Bislang hatte man angenommen, dass die Löslichkeit solch kleinster Partikel im Vergleich zu normal großen Kristallen sehr groß ist. Erstaunlicherweise haften die Nano-Partikel an den Reaktionsoberflächen fest an und können somit vom Grundwasserstrom nicht transportiert werden. Damit können eine ganze Reihe von Prozessen, die zu einer beschleunigten Verbreitung von Selen-79 führen könnten, heute sicher ausgeschlossen werden.

Veröffentlichungen:
1) Scheinost, A.C., Charlet, L.: "Selenite reduction by mackinawite, magnetite and siderite: XAS characterization of nanosized redox products", in: Environmental Science & Technology, 42, S. 1984-1989 (2008).

2) Loyo, R.L.d.A., Nikitenko, S.I., Scheinost, A.C., Simonoff, M.: "Immobilization of selenite on Fe3O4 and Fe/FeC3 ultrasmall particles", in: Environmental Science & Technology, 42(7), S. 2451-2456 (2008).

3) Charlet L., Scheinost A. C., Tournassat C., Greneche J. M., Géhin A., Fernández-Martínez A., Coudert S., Tisserand D., Brendle J.: "Electron transfer at the mineral/water interface: Selenium reduction by ferrous iron sorbed on clay", in: Geochim Cosmochim Ac 71(23), S. 5731-5749 (2007).

4) Scheinost A. C., Kirsch R., Banerjee D., Fernandez-Martinez A., Zaenker H., Funke H., Charlet L.: "X-ray absorption and photoelectron spectroscopy investigation of selenite reduction by FeII-bearing minerals", in: Journal of Contaminant Hydrology 102, S. 228-245 (2008).

Ansprechpartner im FZD / an der ESRF:
PD Dr. Andreas Scheinost
Institut für Radiochemie des FZD
Rossendorf Beamline an der ESRF
Tel.: ++33 476 88 24 62
Email: scheinost@esrf.fr
Pressekontakt im FZD:
Dr. Christine Bohnet
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Bautzner Landstr. 400, 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700
Email : presse@fzd.de

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de
http://www.esrf.fr

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfade ausleuchten im Fischgehirn
24.07.2017 | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

nachricht Netzwerke statt Selbstversorgung: Wiesenorchideen überraschen Bayreuther Forscher
24.07.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu Sprachdialogsystemen und Mensch-Maschine-Kommunikation in Saarbrücken

24.07.2017 | Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Power-to-Liquid: 200 Liter Sprit aus Solarstrom und dem Kohlenstoffdioxid der Umgebungsluft

24.07.2017 | Energie und Elektrotechnik

Innovationsindikator 2017: Deutschland auf Platz vier von 35, bei der Digitalisierung nur Rang 17

24.07.2017 | Studien Analysen

Netzwerke statt Selbstversorgung: Wiesenorchideen überraschen Bayreuther Forscher

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie