Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

Abbildung 1:Lichtmikroskopische Aufnahmeeines Bohrkernausschnittesaus einernatürlichen uranhaltigenAbbildung 1Lagerstätte (Mitte, Ausschnitt710 µm x 120 µm).Analyse radioaktiver SedimenteVerfahren zum Nachweis radioaktiver Elemente in der natürlichenUmwelt spielen eine zentrale Rolle in den Umweltwissenschaften.Dies ist insbesondere bei gesundheitlich kritischen Elementen,die aus natürlichen Uranlagerstätten oder nuklearen Endlagernentweichen können, der Fall.Um etwa die genaue Zusammensetzung natürlicher uranreicherSedimente zu untersuchen, nutzte ein Team um MelissaA. Dennecke die Synchrotronstrahlungsquelle DORIS III in Hamburg.In einer Studie wurden mit Hilfe von mikrofokussierterRöntgenstrahlung hochauflösende Fluoreszenz-, Absorptionsspektroskopie-und Beugungsmessungen an Bohrkernen mitaktivem Material durchgeführt, welches aus der Nähe einerUranlagerstätte in der tschechischen Republik stammt.Damit ließ sich die Verteilung verschiedener Elemente(Eisen, Arsen, Uran), die Bestimmung der Valenzzustände derElemente bzw. eine ortsaufgelöste, röntgenographische Bestimmungmineralischer Phasen (Pyrit, Siderit, Arsenopyrit) inden Proben vornehmen. Studien von solchen sogenannten natürlichenAnaloga zu möglichen nuklearen Endlagern haben dasZiel, die Mechanismen für die Immobilisierung von Uran in Sedimentenzu identifizieren und zu charakterisieren. Langfristigsollen damit zuverlässige Langzeitsicherheitsanalysen und dieEntwicklung intelligenter, mehrstufiger Einschlussverfahren zurEntsorgung nuklearen Abfalls ermöglicht werden.Aus den Ergebnissen dieses spezifischen Beispiels ist es gelungen,einen der vorherrschenden Immobilisierungsprozessedes Urans zu identifizieren, das chemische Milieu bei der Entstehungdes Sediments abzuschätzen, und eine thermodynamischeBeschreibung des Prozesses zu erstellen.Das Uran, das durch Witterungsprozesse aus nahe liegendenGranitformationen aufgelöst wurde, wird als sogenanntemobile hexavalente U(VI)-Spezies im Grundwasser transportiert.Das mobile U(VI) wurde am Mineral Arsenopyrit in einem tieferliegenden anoxischen Horizont reduziert, wobei schwerlöslichestetravalentes U(IV) ausfiel und As(V) entstand.Abbildung 2+3:Aus den ortsaufgelöstenµ-Fluoreszenz- undµ-Diffraktionsmessungenlassen sich die Verteilungvon Elementen(Abbildung 2) undmineralischen Phasen(Abbildung 3)rekonstruieren.WissenschaftlicheVeröffentlichungen:M. A. Denecke et al.,Environmental Science &Technology. 39, 2049(2005);M. A. Denecke et al.,Abbildung 2 Abbildung 3Spectrochimica Acta PartB 63, 484 (2008).Synchrotronstrahlung 2009 21