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Ansprechpartner
Dr. Silvia Stumpf
Projektträger Karlsruhe (PTKA-WTE)

Tel.: +49 721 608-23241

Fax: +49 721 608-923241

Email: silvia stumpfWss5∂kit edu

Spezifische Maßnahmen

Intern. Kooperationen:

1. CEA/Marcoule/F:
    NMR spektr. Messungen

2. ESRF/Grenoble/F:
    Messungen XAFS Beamline

3. Universität London/UK:
    Progr. und Modellrechng.

4. Universität Chalmers/S:
    Extraktionsliganden

5. Universität Heidelberg/D:
    Liganden-Strukturaufkl.

6. CNRS Strasbourg/F:
    Extraktionsprozesse

Forschung zur nuklearen Entsorgung

Bei der Erzeugung von Energie durch Kernspaltung fallen abgebrannte Brennelemente an, die neben Plutonium und Uran noch Spaltprodukte und die Transuranelemente Neptunium, Americium und Curium enthalten. In Deutschland werden bis zur Beendigung der Kernenergienutzung und anschließendem Rückbau der Kernkraftwerke ca. 290.000 Kubikmeter schwach- und mittelaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung und zwischen 30.000 und 40.000 Kubikmeter mittel- und hochaktive Abfälle mit relevanter Wärmeentwicklung anfallen.

Durch die in Deutschland favorisierte Option der Endlagerung aller Arten radioaktiver Abfälle ist sicherzustellen, dass eine Mobilisierung dieser Stoffe und ein Eintrag in die Biosphäre selbst für sehr lange Zeiträume auszuschließen ist. Für hochradioaktive Abfälle mit hoher Radiotoxizität, Wärmeentwicklung und z.T. langen Halbwertszeiten ist dies von besonderer Relevanz und eine große wissenschaftlich-technische Herausforderung.

Zu folgenden Themen sollen Vorhaben gefördert werden (aktuelle Bekanntmachung):

Partitioning & Transmutation bzw. Partitioning & Conditioning

Gegenwärtig werden neue Strategien zum nuklearen Brennstoffkreislauf international diskutiert und untersucht, die auf die Verringerung bzw. Fixierung der endzulagernden langlebigen hochradioaktiven Abfälle abzielen.

Unter 'Partitioning' versteht man die Abtrennung der langlebigen Radionuklide aus abgebranntem Kernbrennstoff. Hierzu werden hochselektive Extraktionsmittel benötigt. Die abgetrennten Nuklide können dann nach Fixierung in maßgeschneiderten langzeitstabilen Matrices, dem sog. 'Conditioning' (P&C), endgelagert oder weiter in geeigneten Reaktorsystemen durch Neutronenreaktionen in kurzlebige oder stabile Isotope überführt (der sog. 'Transmutation') und endgelagert werden (P&T). 

Der momentane Forschungsschwerpunkt zeigt sich am Beispiel der folgenden geförderten Verbundprojekte:

 

P&Tbzw. P&C Verbundprojekte

Sm-Komplex
NUK020

Untersuchungen zum grundlegenden Verständnis der selektiven Komplexierung von f-Elementen (f-Kom). Ein Verbundprojekt zum besseren Verständnis der Abtrennung langlebiger Radionuklide aus nuklearem Abfall.

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liquid lead radiator
NUK013

Transmutationsrelevante kernphysikalische Untersuchungen sowie Optimierung der entsprechenden Kernenergiesysteme mit Einsatz moderner technologischer und numerischer Methoden.

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Mineraloberfläche
NUK021

Forschungsschwerpunkt ist die Entwicklung von Grundlagen zur Stabilität von keramischen Matrizes und darin eingebauten langlebigen Radionukliden vor dem Hintergrund der Immobilisierung.

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Mess- und Diagnosetechniken

Radioaktiver Abfall muss die jeweils gültigen Spezifikationen und Annahmebedingungen erfüllen, die von den zuständigen nationalen Aufsichtsbehörden für die Zwischen- und Endlagerung festgelegt werden. Die Einhaltung der Annahmebedingungen ist nachzuweisen.

Abfallcharakterisierung bezeichnet die Ermittlung der endlagerrelevanten Eigenschaften von Abfallgebinden. Bei der Charakterisierung oder der Produktkontrolle radioaktiver Abfälle finden vorzugsweise zerstörungsfreie Messverfahren für die Bestimmung relevanter Parameter oder für die Überprüfung von deklarierten Aktivitätswerten Anwendung. In vielen Fällen ist es bereits während der Konditionierung radioaktiver Abfälle sinnvoll bzw. erforderlich, an den Rohabfällen Proben zu nehmen und zu analysieren. Oftmals können fehlende Informationen über bereits konditionierte Abfälle nur durch den Einsatz zerstörender Messverfahren ermittelt werden. In der Praxis tendiert man dazu, die zerstörenden Verfahren zur vermeiden, um die Menge an Sekundärabfällen und die Strahlenbelastung des Personals so gering wie möglich zu halten. 

 

Quantenchemische Prozessmodellierung

Die Konzepte zur sicheren Endlagerung von radiotoxischen Verbindungen bauen überwiegend auf die retardierende Wechselwirkungdieser Schadstoffe mit Mineraloberflächen auf. Steht im Bereich des Nahfeldes eines solchen Lagers die Interaktion mit dem Abfallcontainment und der technischen Barriere im Blickpunkt, tritt bei der Betrachtung des Fernfeldes die Wechselwirkung mit dem Wirtsgestein in den Fokus. Um belastbare Aussagen zur Langzeitsicherhewit eines Endlagers für Wärme entwickelnde radioaktive Abfälle machen zu können, ist die Grundlagenforschung im Bereich Radiogeochemie von besonderer Bedeutung.

Computer- bzw. Quantenchemie ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Untersuchung von Molekülen, Ober- und Grenzflächen auf Elektronenstrukturniveau. Verschiedene direkt mit dem Experiment vergleichbare Daten, beispielsweise Strukturen, thermodynamische Daten oder auch Schwingungsspektren können durch Lösung der quantenmechanischen Gleichungen bestimmt werden. Quantenchemische Modellierung erlaubt somit die Bereitstellung unabhängiger Informationen für die Interpretation experimenteller Daten. 

Verbundprojekte:

  • NUK019 - Grundlegende Untersuchungen zur Immobilisierung langlebiger Radionuklide durch die Wechselwirkung mit endlagerrelevanten Sekundärphasen (Radio-Geochemie)
    Verbundpartner: Sondervermögen Großforschung beim Karlsruher Institut für Technologie; Karlsruher Institut für Technologie; Forschungszentrum Jülich GmbH; Forschungszentrum Dresden-Rossendorf; Universität Frankfurt; Paul Scherrer Institut (Schweiz); Universität Oviedo (Spanien).
    Ansprechpartner: Dr. Thorsten Stumpf