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Reaktive Transportmodellierung

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3D-Darstellung der Diffusionszelle zur Untersuchung von Schnittstellenprozessen zwischen Ton- / Niedrig-pH-Zement. [HTO]0 = 1x10-6 M. Modell in COMSOL implementiert
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2D Evolution des pH-Wertes vs Zeit in der Grenzfläche Bentonit / Zement. Modell implementiert in der koppelt COMSOL-PHREEQC (Icp)

Die numerische Modellierung ist ein Schlüsselinstrument in den Geowissenschaften und der Hydrologie, die sowohl einfach als auch mehrfach gekoppelte Prozesse identifizieren und quantifizieren kann. Reaktive Transportmodelle sind leistungsstarke Werkzeuge, die gekoppelte Prozesse und Reaktionen, wie den Grundwasserfluss, den Transport gelöster Stoffe sowie komplexe geochemische Reaktionen zwischen festen und wässrigen Phasen in Simulationen miteinander verbinden. Dadurch bieten reaktive Transportmodellierungen quantitative Bewertungen zu Entwicklungsmöglichkeiten einer Entsorgungseinrichtung für radioaktive Abfälle in der Nachbetriebsphase. Hierbei werden die wichtigsten physiko- chemischen Prozesse identifiziert, die die Langzeitsicherheit der Anlage beeinflussen.

Die Kompetenz und die Hauptaktivitäten der Arbeitsgruppe zur reaktiven Transportmodellierung liegen in der Entwicklung und Anwendung konzeptioneller und numerischer Modellen zur Untersuchung:

  • der Migration von Radionukliden und andere Kontaminationen in porösen und geklüfteten Medien im Endlager- und im Labormaßstab.
  • der zeitlichen hydrogeochemischen Entwicklung bzw. der Degradation / Alteration (geo-)technischer und geologischer Barrieren (Auflösung des Abfalls, Korrosion des metallischen Abfallbehälters, Wechselwirkung zwischen Versatzmaterial / Zementstein / Wirtsgestein).

Die spezifischen Stärken unserer Gruppe sind geochemische und thermodynamische Simulationen mit verschiedenen Aktivitätsmodellen für die wässrige Speziation (Davies-, SIT-, PITZER-Gleichungen), Modellierungen der Oberflächenkomplexierung (elektrostatisch und nicht-elektrostatisch), sowie Kinetik-, Präzipitations- und Co-Präzipitationsmodelle.

Abhängig vom untersuchten System werden verschiedene numerische Werkzeuge und Techniken verwendet, um die oben genannten Prozesse zu modellieren und zu charakterisieren. Von uns werden zum einen etablierte Codes eingesetzt, u. a. COMSOL Multiphysics, PHREEQC, PHAST und Geochemist's Workbench. Darüber hinaus wird die Programmplattform iCP verwendet, die COMSOL und PHREEQC koppelt.

Aufgrund des interdisziplinären Ansatzes in den Simulationen gibt es eine starke Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen des KIT-INE sowie mit Forschungsinstituten, Universitäten und Unternehmen. Von Bedeutung ist hierbei, experimentelles Wissen und das mechanistische Verständnis, das auf verschiedenen Skalen  in den Geochemie- und Radiochemieabteilungen des KIT-INE erzeugt wird, in die Modellierungen zu integrieren.

 

 

Ansprechpartner:

Vanessa Montoya     

   +49 721 608 24602