»Kategorie Forschungsprojekte«

• Speziation von Plutonium: Untersuchungen der Bildung, Stabilität und Radiolyse von Kolloiden unterschiedlicher Plutonium-Isotope

  Die Chemie des Plutoniums ist besonders in wässrigen Lösungen sehr komplex. Es besitzt die Eigenschaften, in mehreren Oxidationsstufen gleichzeitig vorzuliegen und kann somit unterschiedliche Spezies aufweisen. Eine besondere Spezies sind die Kolloide, die aus einer übersättigten, vierwertigen Plutonium-Lösung gebildet werden und sehr mobil sind. Diese erhöhte Mobilität ist in der Endlagerthematik von besonderer Wichtigkeit. In den vergangenen Jahren wurden immer wieder, teils widersprüchliche, Befunde zu Bildung und Eigenschaften dieser Kolloide publiziert. Allerdings wurden unterschiedliche Isotope des Plutoniums genutzt und die Versuche in verschiedenen, teils nicht mehr genau publizierten, Medien durchgeführt. Hier sind die Art der Säuren und ggf. Hintergrundelektrolyte an erster Stelle zu nennen. Daher soll dieses von der Siebold-Sasse-Stiftung geförderte Projekte genaue Kenntnisse über den Mechanismus der Bildung und der Strukturen der Kolloide, die in den unterschiedlichen Medien Nitrat, Chlorid, Perchlorat erzeugt werden, erlangen.

  Team: Sandra Reinhard, Clemens Walther

  Jahr: 2019

  Förderung: Siebold-Sasse-Stiftung

  Laufzeit: 01.06.2019 – 31.05.2022
• Speziation und Transfer von Radionukliden im Menschen unter besonderer Berücksichtigung von Dekorporationsmitteln (RADEKOR)

  Gelangen Radionuklide über den Nahrungspfad zum Menschen, können sie eine radio- und chemotoxische Gefahr darstellen. Um die Gesundheitsrisiken bei einer oralen Aufnahme von Radionukliden mit der Nahrung präzise abschätzen und wirksame Dekontaminationsverfahren anwenden zu können, ist ein Prozessverständnis der Biokinetik der Radionuklide auf zellulärer und molekularer Ebene zwingend notwendig. Das vom BMBF vom 01.07.2020 bis 31.12.2023 bzw. 30.11.2024 geförderte Verbundprojekt RADEKOR hatte zum Ziel, die Speziation und den Transfer von Radionukliden im menschlichen Verdauungstrakt unter besonderer Berücksichtigung von Dekorporationsmitteln zu untersuchen. Für die experimentellen Untersuchungen wurden nach dem UBM-Protokoll (BARGE) hergestellte synthetische Biofluide verwendet. Die mittels ESI-MS experimentell ermittelten Ergebnisse zur Speziation von Barium und Radium in den Biofluiden des Verdauungssystems wurden mit thermodynamischen Modellierungen der Speziation verglichen.

  Leitung: Prof. Dr. Clemens Walther

  Team: Linus Holtmann, Ahmadabdurahman Shamoun

  Jahr: 2020

  Förderung: BMBF FöKZ 02NUK057C

  Laufzeit: 01.07.2020-31.12.2023
• Biologische Radionuklidentfernung durch Nutzung natürlicher Assoziationsprozesse (RENA)

  Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur ex situ-Behandlung radionuklidbelasteter Böden, die aus dem Rückbau kerntechnischer Anlagen stammen. Dafür wird das Potential der Biologie (Pflanzen, Pilze) zur Mobilisierung und Entfernung von Radionukliden aus Böden untersucht. Ziel ist die signifikante Volumenreduktion mittel- und schwachradioaktiver Abfälle. Unsere Untersuchungen gehen von bereits ausgekofferten und entsprechend vorbehandelten Böden aus. Die aus dem Baubereich stammenden polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAKs) werden als charakteristische und zusätzliche organische Kontaminationen derartiger Böden bei der Remediation berücksichtigt. Der holistische Ansatz, der die bodenmikrobiologischen, mineralogischen, geo- und radiochemischen Aspekte vereint, wird für die Implementierung in ein reaktives Transportmodell vorbereitet. Mit einem derartigen numerischen Ansatz sollen Vorhersagen über die Effizienz, quantitative Einflussfaktoren und insbesondere Übertragbarkeit auf andere Bodenmaterialien aus Rückbauvorhaben ermöglicht werden. Im Rahmen dieser Arbeiten wurden die Grundlagen für das Nachfolgeprojekt RENATE geschaffen. Dies zielt darauf ab, die entwickelten Verfahren weiter zu optimieren und auf eine breitere Palette von Bodenmaterialien anzuwenden.

  Leitung: Prof. Dr. Clemens Walther

  Team: Dr. Sergiy Dubchak, Tobias Blenke

  Jahr: 2021

  Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung, Förderkennzeichen 02NUK066C

  Laufzeit: 01.09.2021-31.08.2024
• Spurendetektion und ortsaufgelöste Analyse von Radionukliden mittels Laser-Ionisations-Massen-Spektrometrie (SOLARIS)

  Aufbauend auf den Ergebnissen des Verbundprojets SIRIUS1 soll das Verfahren der rL-SNMS (resonant Laser Secondary Neutrals Mass Spectrometry) verbessert werden. Dieses Verfahren erlaubt den ortsaufgelößten Nachweiß von Aktiniden wie Plutonium und Americium von weniger als 107 Atomen. Im SOLARIS Projekt wird zu den Themenschwerpunkten Untersuchung radioaktiver Partikel aus der Umwelt, Untersuchung des Migrationsverhaltens von Actiniden in Tongestein und hydratisiertem Zement sowie der Weiterentwickelung der rL-SNMS geforscht.

  Leitung: Prof. Dr. Clemens Walther

  Team: Dr. Nina Kneip, Paul Hanemann, Tobias Weissenborn

  Jahr: 2022

  Förderung: BMBF 2020+ 02NUK075A

  Laufzeit: 01.09.2022 - 31.08.2025
• Transfer langlebiger Radionuklide aus der vadosen Zone in die Rhizosphäre und deren Aufnahme in Pflanzen unter Berücksichtigung mikrobiologischer Prozesse (TRAVARIS)

  Auf der Grundlage der Erkenntnisse aus TransLARA zum Transport und Transfer von Radionukliden im System Boden-Pflanze sollen im Verbundprojekt TRAVARIS das Zusammenwirken von Radionukliden mit Wurzelexsudaten und deren Einfluss auf mikrobielle Gemeinschaften in der Rhizosphäre, wie auch umgekehrt der mikrobielle Einfluss auf Prozesse im Boden, in Laborexperimenten untersucht werden. Weiterhin können schwankende Grundwasserstände und damit Veränderungen des Redoxpotentials im Boden eine potentielle Remobilisierung bestimmter Radionuklide nach sich ziehen. Durch Variieren des Wasserstands in Laborlysimetern werden die potentielle Re-Mobilisierung und der Transport der vorhandenen Tracer beobachtet. Die Kombination von Modellierung und experimentellen Arbeiten im Verbund zum detaillierteren Verständnis der boden- und nuklidspezifischen Aufnahme von Radionukliden in Pflanzen auch unter Berücksichtigung mikrobieller Prozesse trägt somit zu einer verbesserten Vorhersagekraft von radioökologischen Modellen und zuverlässigeren Risikoabschätzungen für Mensch und Umwelt bei.

  Leitung: Prof. Dr. Clemens Walther

  Team: Dr. Beate Riebe, Tim Schmalz, Nils Sassenberg, Tarequl Nishad

  Jahr: 2022

  Förderung: BMBF 2020+ 15S9437B

  Laufzeit: 01.11.2022 - 31.10.2025
• MetroPOEM

  Das Null-Verschmutzungs-Ziel des Europäischen Green Deal erfordert die Entwicklung hochsensibler Techniken zur Detektion von extrem geringen Schadstoffmengen und zur Bestimmung ihrer Isotopenverhältnisse. Die Massenspektrometrie ist ein Schlüsselverfahren für die Bestimmung nicht-radioaktiver Schadstoffe und gewinnt zunehmend an Bedeutung für langlebige Radionuklide. Dieses Projekt wird die Lücke zwischen beiden Methoden schließen und neue Werkzeuge zur Rückverfolgung von Schadstoffen etablieren. Messunsicherheiten und Nachweisgrenzen werden durch neu entwickelte Referenzmaterialien und SI-rückführbare Messverfahren erheblich reduziert, mit einer unmittelbaren Auswirkung auf die Verfolgung von Verschmutzungsquellen durch handelsübliche Massenspektrometer.

  Leitung: Aaron Lehnert

  Team: Aaron Lehnert, Clemens Walther

  Jahr: 2023

  Förderung: Europäische Union

  Laufzeit: 10.2023 - 09.2025
• 99MoBest

  Hintergrund: Für die nuklearmedizinische Diagnostik ist das Radionuklid 99Mo als Mutter des Tc-99m unverzichtbar. Zur Zeit ist der Bedarf in Deutschland bei ca. 6E13 Bq pro Woche, was 60.000 Behandlungen entspricht. Bisher wird dieses Radionuklid weltweit ausschließlich in Nuklearreaktoren produziert. Mit diesem Herstellungsverfahren und der benötigten Aufbereitung sind allerdings große Mengen radioaktiven Abfalls verbunden. Die Vermeidung und Reduktion dieses Abfalls sind von zentralem Interesse. Das Verbundprojekt 99MoBest zielt auf die Entwicklung eines Verfahrens zur nachhaltigen und kosteneffizienten Erzeugung von 99Mo für die Radiodiagnostik ab. Beschleuniger-basierte Neutronenstrahlungsquellen ermöglichen dabei die Produktion ohne spaltbares Material bei einer möglichst geringen Entstehung von radioaktiven Abfallprodukten. Beitrag des IRS: Die Entwicklung eines neuen Verfahrens muss sich dabei stehts an dem existierenden Standard, der Produktion im Reaktor, messen lassen. Aufgrund der Zielsetzung müssen daher Strahlenschutzaspekte bei der Herstellung und Handhabung mit Produktionseffizienzen in Einklang gebracht werden. Zu diesem Zweck sollen die Strahlungsfelder durch eine entsprechende Modellierung berechnet und im Anschluss experimentell validiert werden, um Ortsdosisleistungen abschätzen und eine sichere Handhabung gewährleisten zu können. Ebenfalls sollen diese Modellierungen ermöglichen, Aktivierung von Materialien zu prognostizieren und somit bereits in der Planungsphase eine Auswahl der passenden Strukturmaterialien zu unterstützen. Eine Minimierung (insbesondere langlebiger) radioaktiver Abfälle vereinfacht dann Rückbau, Entsorgung und Freigabe.

  Team: David Ohm, Clemens Walther

  Jahr: 2024

  Förderung: BMBF 02NUK080C

  Laufzeit: 01.03.2023 – 28.02.2026
• Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Entwicklungsstufe von Pflanzen und ihrer Radionuklidaufnahme und der Einfluss auf den Strahlenschutz

  Radionuklide im Boden, ob aus natürlichen oder künstlichen Quellen, können Pflanzen kontaminieren, wobei die Aufnahme dieser Substanzen vom Entwicklungsstadium der Pflanzen abhängt. Für den Strahlenschutz sind realistische Modelle dieser Mechanismen entscheidend, doch bisherige Studien sind aufgrund kleiner Stichproben statistisch kaum signifikant. Das Forschungsprojekt hat als Ziel, die Experimentanzahl zu erhöhen und verschiedene Pflanzenarten zu untersuchen, um die Rolle des Entwicklungsstadiums bei der Radionuklidaufnahme besser zu verstehen. Geplante Analysemethoden umfassen Gammaspektrometrie, Flüssigszintillations-Spektrometrie, Sekundärionen-Massenspektrometrie und Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie, um die Verteilung der Radionuklide innerhalb der Pflanzen präzise zu bestimmen.

  Team: Hannah Keßler, Clemens Walther

  Jahr: 2024

  Förderung: Siebold-Sasse-Stiftung

  Laufzeit: 01.12.2024 – 30.11.2027