Authors:	Lübke, Maria
Title:	Migration von Technetium in natürlichem Tongestein
Online publication date:	23-Apr-2015
Year of first publication:	2015
Language:	german
Abstract:	Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Verbundprojektes „Rückhaltung endlagerrelevanter Radionuklide im natürlichen Tongestein und salinaren Systemen“ (Förderkennzeichen: 02E10981), welches durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wurde, angefertigt. Ziel war es, erstmals Erkenntnisse zur Wechselwirkung zwischen dem Spaltprodukt Technetium und einem natürlichen Tongestein im Hinblick auf ein Endlager für wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle zu erlangen. Hierfür wurde der in der Nordschweiz vorkommende Opalinuston aus Mont Terri als Referenzmaterial verwendet. Das Nuklid Technetium-99 liefert auf Grund seiner langen Halbwertszeit einen signifikanten Beitrag zur Radiotoxizität abgebrannter Brennelemente für mehr als tausend Jahre. Im Falle einer Freisetzung aus den Lagerbehältern wird die Geochemie des Technetiums von seiner Oxidationsstufe bestimmt, wobei lediglich die Oxidationsstufen +IV und +VII von Relevanz sind. Auf Grund seiner hohen Löslichkeit und geringen Affinität zur Sorption an Oberflächen von Mineralien ist Tc(VII) die mobilste und somit auch gefährlichste Spezies. Entsprechend lag der Fokus dieser Arbeit auf Diffusionsexperimenten dieser mobilen Spezies sowie auf dem Einfluss von Eisen(II) auf die Mobilität und die Speziation des Technetiums.rnDie Wechselwirkung zwischen Technetium und Opalinuston wurde in Sorptions- und Diffusionsexperimenten unter Variation verschiedener Parameter (pH-Wert, Zusatz verschiedener Reduktionsmittel, Einfluss von Sauerstoff, Diffusionsweg) untersucht. Im Zuge dieser Arbeit wurden erstmals ortsaufgelöste Untersuchungen zur Speziation des Technetiums an Dünnschliffen und Bohrkernen durchgeführt. Dabei konnten ergänzend zur Speziation auch Informationen über die Elementverteilung und die kristallinen Mineralphasen nahe lokaler Anreicherungen des Radionuklides gewonnen werden. Zusätzlich erlaubten Untersuchungen an Pulverproben die Bestimmung der molekularen Struktur des Technetiums an der Tonoberfläche.rnSowohl die Kombination der oben aufgeführten Sorptionsexperimente mit spektroskopischen Untersuchungen als auch die Diffusionsexperimente zeigten unter Sauerstoffausschluss eine Reduktion von Tc(VII) zu immobilen Tc(IV)-Spezies. Weiterhin konnte die Bildung eines Tc(IV)-Sorptionskomplexes an der Tonoberfläche gezeigt werden. Im Hinblick auf ein Endlager in Tongestein sind diese Ergebnisse positiv zu bewerten. The present work was performed within the joint research project “Retention of repository relevant radionuclides in argillaceous rocks and saline systems” (contract no.: 02E10981), funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi). The aim was to obtain first insights into the interaction of the long-lived fission product technetium and natural clay with regard to a repository for high-level nuclear waste. For this purpose Opalinus Clay from Mont Terri (northern Switzerland) was used as a reference material. The nuclide technetium-99 will contribute to the radiotoxicity of spent nuclear fuel for more than thousand years due to its long half-live. In case of a leakage of the storage vessels, the geochemistry of technetium is determined by its oxidation state, at which only the oxidation states +IV and +VII are relevant. Because of the high solubility and low affinity to sorption on surfaces of minerals, Tc(VII) is considered to be very mobile and thus the most hazardous species. The focuses of this study therefore are diffusion experiments with this mobile species and investigations of the effect of ferrous iron on the mobility and speciation of technetium.rnThe interaction of technetium and Opalinus Clay was studied in sorption and diffusion experiments varying several parameters (pH value, addition of reducing agents, effect of oxygen, diffusion pathways). In the course of this study spatially resolved investigations of the speciation have been performed on Opalinus Clay thin sections and bore cores for the first time. In addition to the speciation, further information regarding elemental distributions and crystalline phases near technetium enrichments were obtained. Supplementary investigations of powder samples allowed determining the molecular structure of technetium on the clay surface.rnBoth the combination of sorption experiments with spectroscopic investigations and the diffusion experiment exhibit a reduction of Tc(VII) to immobile Tc(IV) in the absence of oxygen. Furthermore, the formation of a Tc(IV) sorption complex was shown. With regard to a nuclear waste repository in clay these results are to be evaluated positively.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1819
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-40275
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen