Jülicher und Aachener Forscher untersuchen Möglichkeiten zur sicheren und dauerhaften Entsorgung von Radioistopen, die bei der nuklearen Energieerzeugung anfallen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG fördert für einen Zeitraum von zunächst drei Jahren ein Gemeinschaftsprojekt des Jülicher IEK-6 zusammen mit dem Institut für Kristallographie der RWTH Aachen. Das Ziel dieses grundlagenorientierten Projektes mit dem Titel „Synthese und Charakterisierung keramischer Samarium-Phosphat- und Samarium-Phosphosilicat-Phasen zur Immobilisierung von Actinoiden“ ist die Entwicklung und Erforschung von speziellen Keramiken als neue Option für die sichere und dauerhafte nukleare Entsorgung der Actinoide Uran(U), Plutonium(Pu), Neptunium(Np), Americium(Am) und Curium(Cm).

Eine der zentralen Aufgaben der nuklearen Entsorgung besteht in der Immobilisierung dieser im nuklearen Brennstoffkreislauf vorhandenen bzw. entstehenden Radioisotope. Für die Immobilisierung sind unter anderem Phosphatkeramiken mit der Kristallstruktur des Minerals Monazit hervorragend geeignet, da solche Phasen in der Lage sind, größere Mengen Actinoide auf regulären Positionen in ihren Kristallstrukturen aufzunehmen und dort dauerhaft zu binden. Natürlicher Monazit, mit einem Alter von bis zu 3,2 Milliarden Jahren, enthält bis zu 27 Gewichtsprozent radioaktives Urandioxid und Thoriumdioxid, ohne dabei nennenswerte Strahlenschäden aufzuweisen. Aus diesem und anderen Gründen sind keramische Monazitphasen potenzielle Kandidaten für zukünftige Entsorgungsstrategien. Im Rahmen des beantragten Projektes ist beabsichtigt, Samarium-haltige Phosphat- und Phosphosilicatkeramiken mit Monazitstruktur zu synthetisieren und strukturell zu charakterisieren. Dabei sollen besonders die bei einer Strahlenexposition ablaufenden Vorgänge innerhalb der Kristallstruktur, speziell die reversiblen Phasentransformationen kristallin - amorph, im Detail betrachtet und verstanden werden, um so die Langzeitbeständigkeit beurteilen zu können. Bei einer solchen umkehrbaren Phasentransformation, bei der die Kristallstruktur durch Bestrahlung ganz oder teilweise zerstört wird und in einen glasartigen Zustand übergeht, werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Keramik verändert. Um die dauerhafte Stabilität der Immobilisierungsphasen beurteilen zu können, müssen die ablaufenden Mechanismen bis ins Detail verstanden werden, was bislang nur näherungsweise der Fall ist.

Nähere Auskünfte zu diesem Projekt erteilen die Antragsteller und Projektverantwortlichen Priv.-Doz. Dr. Hartmut Schlenz (h.schlenz@fz-juelich.de) und Prof. Dr. Georg Roth (roth@xtal.rwth-aachen.de).