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3.21 Prof. Dr. Günter Marx

Institut für Anorganische und Analytische Chemie

FG Radiochemie

Keywords: Actinides, valve metals, corrosion, sorption, speciation, solubility.


Abstract

The fields of environmental protection that FG Radiochemie is involved in are as follows: (1) investigations into corrosion on valve metals (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta) and relevant alloys, UO2 and stainless steel in media of practical importance (HNO3; brines) by use of combined electrochemical and radiochemical methods (RIM), (2) sorption of actinides (Th, U, Np, Pu, Am) on corrosion products of cement in brines, (3) sorption of transition metals and actinides on hydroxylapatite, and (4) extraction of lanthanides, actinides, transition metals by use of cyclophane-type macrocycles.

Wissenschaftlicher Werdegang

Geb.: 29.02.32; Abitur: 1951; Praktikum: Fritz-Haber-Inst. für physik. Chemie und Elektrochemie, Berlin-Dahlem (1952); Studium: Chemie, TU Berlin, Dipl. Ing., Diplomarbeit: Festkörperchemie (1951-1959); Doktorand: Hahn-Meitner-Inst., Promotion: Dr.-Ing. TUB (1963); Habil.: math.-nat. Fakultät, FU Berlin, venia legendi für analyt. Chemie und Radiochemie (1969); wiss. Ass.: HMI, FUB (1969); Akad. Rat (1969); wiss. Rat und Professor (1969); Professor: FU Berlin (1971); Univ.-Professor (1987); stellv. Vorsitz. (1991) und Vorsitz. der FG Nuklearchemie der GDCH (seit 1995).

Kooperationspartner

Forschungszentrum Karlsruhe, U of Aberdeen (Scotland) UK, Forschungszentrum Sellafield UK, Forschungszentrum MOL (Belgien), ENRESA (Madrid, Spanien), JAERI (Tokai Mura, Japan).

Drittmittelgeber

BMBF, Europäische Union (EU), Fa. Siemens

Forschungsgebiete

Die FG Radiochemie konzentriert sich in ihrer Arbeit auf das Gebiet des Umweltschutzes. In der Bundesrepublik Deutschland fallen jährlich aus Industrie, Handel und Wirtschaft toxische, giftige und radioaktive Sonderabfälle an, die, sofern sie nicht vernichtet oder in weniger gefährliche Stoffe umgewandelt werden können, in geeigneten geologischen Formationen ökologisch verträglich endgelagert werden müssen. Das Konzept der Bundesregierung sieht dabei insbesondere eine Lagerung in Salzformationen vor, die eine Isolierung und Rückhaltung gefährlicher Stoffe auch über geologische Zeiträume zum Schutz von Mensch und Umwelt gewährleisten soll. Zur Lagerung müssen die Abfälle zuvor in einer geeigneten Matrix wie z.B. Zement verfestigt und in sichere Endlagerbehälter gebracht überführt werden.

In einem von den europäischen Gemeinschaften finanzierten Forschungsprojekt mit dem Titel "Impact of Additives and Waste Stream Constituents on the Immobilisation of Cementitious Material", das gemeinsam mit der Universität Aberdeen und dem Forschungszentrum Sellafield durchgeführt wird, wird das Adsorptionsverhalten von Uran, Thorium, Neptunium, Plutonium und Americium an Zementkomponenten Tobermorit, Hydrotalkit, Ettringit und C-S-H-Gel untersucht, die als Verwitterungsprodukte des Zements unter Einfluß von gesättigten Salzlaugen entstehen. Ziel des Projektes ist es, einen Zement zu entwickeln, der auch nach dem Verwitterungsprozeß ein optimales Rückhaltevermögen der oben genannten Elemente besitzt. Ein weiteres Ziel des Projektes ist es, mit Hilfe von kombinierten Adsorptions- und Speziationsmessungen das Migrationsverhalten dieser Elemente in Laugen für Endlager zu modellieren.

Da in der Bundesrepublik künftig eine direkte Endlagerung abgebrannter Kernbrennstoffe in Salzformationen erfolgen soll, ist das Korrosionsverhalten von Urandioxid in Salzlaugen von Interesse, um mit Sicherheit einen Austritt radiotoxischer Substanzen ausschließen zu können. Im Rahmen dieses Projektes mit dem Titel "Elektrochemische und radiochemische Korrosionsuntersuchungen an UO2 in endlagerrelevanten Elektrolytlösungen" wird die Auflösung von Urandioxid mit Hilfe elektrochemischer Methoden in praxisrelevanter Umgebung unter Einfluß einer Reihe verschiedener Umweltparameter eingehend mit Hilfe der Radioisotopenmethode (RIM) untersucht und dargestellt. Die Einbeziehung von Impedanzmessungen ermöglicht Einblicke in die Struktur von Deckschichten und führt somit zu einer vertiefenden Einsicht in das Korrosionsverhalten des Urandioxids.

In der Arbeitsgruppe sind im Rahmen des Projektes "Electrochemical investigations on UO2 and Simfuel electrodes" spezielle Paraffin-Pastenelektroden entwickelt worden, die nicht nur eine Untersuchung der Korrosion von unbestrahltem Urandioxid ermöglichen, sondern auch Messungen an SIMFUEL und bestrahltem Urandioxid ermöglichen. In nächster Zeit wird ein Folgeprojekt beginnen, das sich mit der Auflösung von SIMFUEL unter Einfluß unterschiedlicher geochemischer Parameter beschäftigt.

Hochradioaktiver Abfall wird in verglaster Form in Containern gelagert, die in Salzformationen sicher endgelagert werden sollen. Als Containerwerkstoffe wurden unter anderem auch Titan, Titan-Palladium- und Titan-Nickel-Legierungen wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit in die engere Wahl gezogen. Im Rahmen eines in der Arbeitsgruppe durchgeführten Projektes wird das Korrosionsverhalten von Titan und seinen Legierungen TiGr7 und TiCode12 in Salzlaugen unter praxisrelevanten Umweltparametern mit kombinierten elektrochemischen und radioanalytischen Methoden (RIM) untersucht. Begleitend werden Impedanzmessungen in situ durchgeführt, die detaillierte Rückschlüsse auf den Zustand der passivierten Deckschichten der Werkstoffe zulassen. Die sich bildenden oxidischen Deckschichten bestimmen ausschlaggebend das Korrosionsverhalten der Werkstoffe in den gegebenen Umweltsystemen. Daneben werden weitere Ventilmetalle (Zr, Hf, Nb, Ta) und spezielle Stahlsorten auf ihre Verwendbarkeit als Endlagerbehälter untersucht.

Ein vom BMBF gefördertes Projekt untersucht die Möglichkeit, in einem Endlager Zuschlagstoffe zu verwenden, die bei einem denkbaren Wassereinbruch als zusätzliche Sicherheitsbarriere dienen könnten. In einem Projekt wird die Möglichkeit untersucht, Hydroxylapatit als Versatzstoff zu verwenden, der hervorragende schwermetallimmobilisierende Eigenschaften besitzt und als natürliches Mineral leicht abgebaut werden kann. Er besitzt gegenüber migrierenden radioaktiven Elementen wie Uran, Thorium, Neptunium und Plutonium durch Bildung von schwerlöslichen Phosphaten eine ausgezeichnete Rückhaltewirkung. In einem Pilotprojekt konnte dieses Sicherheitskonzept eindrucksvoll bestätigt werden. In dem hier beschriebenen Nachfolgeprojekt sollen Löslichkeitsprodukte der entstehenden Schwermetallphosphate ermittelt werden, die für Modellrechnungen zur Langzeitsicherheitsanalyse eines Endlagers geeignet sind. Schließlich wird die Extraktion von Lanthaniden, Aktiniden und Übergangsmetallen mit Extraktionsmitteln (Cyclophan-Typ Makrozyklen) zwecks Separation toxischer Substanzen detailliert untersucht.

Literaturliste

  1. G. Marx. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, No. 1, 1995, 194, 95-105.
  2. G. Marx. Proc. 5th International Conference on Radioactive Waste Management and Environmental Remediation.
  3. G. Marx. ICEM 95 (ASME Internat.)
  4. G. Marx. Radiochim. Acta 1992, 58/59, 21-25.
  5. G. Marx. Journal of Colloid and Polymer Science 1995, 99, 199-208.

Prof. Marx ist im Ruhestand.


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© 1996, Redaktionsschluß: 1996-08-01.