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Geotechnische Barriere / Geosphäre

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Abb. 1: Diffusionszellen für (a) Seesand, (b) Zement und (c) Ton.
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Abb. 2: Laborsetup für die Untersuchung der HTO-Diffusion durch Seesand in Abhängigkeit von der Ionenstärke.

Diese Gruppe der Abteilung Endlagersysteme/-komponenten beschäftigt sich mit der Migration von Gefahrstoffen durch Gesteinsschichten, Mineralien und Versatzmaterial. Aufgrund der Expertise des Instituts für Nukleare Entsorgung richtet sich hier der Schwerpunkt auf den Transport von Radionukliden, insbesondere in Bezug auf ihre mögliche Freisetzung in Endlagern für radioaktive Abfälle. Bei den potentiellen geotechnischen und mitunter auch geologischen Barrieren handelt es sich um gepacktes bzw. sedimentiertes poröses Material. Unter diesen Bedingungen ist molekulare Diffusion der vorherrschende Transportprozess.

In der AG Geotechnische Barriere/Geosphäre werden in diesem Zusammenhang Versuche mit gepackten Tonmineralen, natürlichem Tongestein und Zementmischungen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sowie unter verschiedenen CO2-Partialdrücken durchgeführt. Eines der Ziele ist es, Diffusionsparameter von endlagerrelevanten Radionukliden unter den verschiedensten Einflussparametern (z.B. Temperatur) unter Anwendung der empirischen Fick’schen Gesetze zu bestimmen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erforschung der der Diffusion zugrundeliegenden Wechselwirkungen von Ionen mit den porösen Materialien.

In experimenteller Hinsicht sind Durchbruchsdiffusionsversuche eine weitverbreitete Methode. Dabei wird das in einer Diffusionszelle (Abb. 1) verpackte poröse Material mit einem Quellreservoir und einem aufnehmenden Reservoir verbunden. Das Quellreservoir wird mit dem radioaktiven Tracer versehen, am aufnehmenden Reservoir wird der Fluss des diffundierenden Tracers als Funktion der Zeit gemessen (Abb. 2). Handelt es sich um unter umweltrelevanten Bedingungen stark sorbierende Tracer, wie U‑238 oder Np-237, findet die In-Diffusionsmethode Anwendung. In diesem Fall wird keine Detektion des Tracers im aufnehmenden Reservoir im experimentellen Zeitrahmen erwartet und deshalb die Diffusionsparameter anhand des Tiefenprofils im porösen Material ermittelt.

Die durch die Versuche erhaltenen thermodynamischen, kinetischen und Transportparameter sollen u. a. in Sicherheits- und Leistungsbewertungsmodelle für nukleare Endlager einfließen.

Aufgrund des interdisziplinären Themas arbeitet die AG Geotechnische Barriere/Geosphäre intensiv mit den anderen Arbeitsgruppen des Instituts für Nukleare Entsorgung zusammen.

 

Ansprechpartner:

Claudia Joseph     

    +49 721 608 23535