Die Entsorgung hoch-radioaktiver Abfälle, entweder in Form von abgebranntem Kernbrennstoff oder als Abfallglas, erfolgt voraussichtlich in tiefen geologischen Endlagern, eingeschlossen durch mehrere Barrieren: die Abfallform, den Metallbehälter, die geotechnische Barriere und das Wirtsgestein. Im Zuge der (geo‑)chemischen Entwicklung des Endlagers, muss davon ausgegangen werden, dass Wasser durch die Barrieren bis zum Abfall vordringen kann. In wässriger Umgebung durchlaufen die Komponenten des Multibarrierensystems Alterationsprozesse. Beispielsweise können metallische Behälter korrodieren, sodass bei Behälterversagen der Abfall alteriert und Radionuklide (RN) freigesetzt werden. Dabei entstehen Sekundärphasen, wie z.B. Eisenoxide bei der Metallkorrosion, Schichtsilikate, Molybdate oder Baryt bei der Abfallglasalteration, oder Calcit bei der Verwitterung zementbasierter Baustoffe. Diese Sekundärphasen wiederum können freigesetzte RN binden und ihre Migration in Richtung Biosphäre verhindern. Diverse Rückhaltemechanismen sind bekannt. Insbesondere der strukturelle Einbau in sekundäre Mischphasen (Solid-Solutions) hat das Potenzial RN nachhaltig im Nahfeld eines Endlagers zurückzuhalten. Trotz der ubiquitären Verbreitung von Solid-Solutions in der Natur stehen jedoch kaum zuverlässige thermodynamische- oder kinetische Modelle zur Verfügung, um ihre Bildung vorherzusagen.

Hier setzt die „Sekundäre Mischphasen“-Gruppe des INE an. Unser Ziel ist es Bildungsprozesse sekundärer Mischphasen unter endlagerrelevanten Bedingungen auf molekularem Level zu verstehen und thermodynamische- und kinetische Modelle für die Vorhersage der RN-Rückhaltung durch Solid-Solution-Bildung abzuleiten. Die Untersuchungen basieren auf modernen spektroskopischen, Diffraktions- und mikroskopischen Methoden (Röntgen-Absorption und -Diffraktion, Elektronen- und Raster-Kraft-Mikroskopie, Laserspektroskopie…), die Rückschlüsse auf die molekularen Mechanismen erlauben und durch quantenchemische Berechnungen gestützt werden.

Ziel der Arbeit ist es thermodynamische und kinetische Daten zur Verfügung zu stellen, die helfen die Richtigkeit und Genauigkeit von Sicherheitsanalysen für potentielle tiefengeologische Endlagerstandorte zu verbessern. Die Arbeiten werden großenteils im Rahmen von nationalen und internationalen Projekten durchgeführt, finanziert durch Bundesministerien, die EU oder Waste-Management-Organisationen. 

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