WTZ Granit

Vorhersage der heterogenen Radionuklidsorption auf Kluft- und Störungsflächen in granitischen Gesteinen: Parametrisierung und Validierung verbesserter reaktiver Transportprozesse

BMWK Projekt, Förderkennzeichen 02 E 11911B

Laufzeit:  01.05.2021 bis 30.04.2024

Projektleitung: Prof. Thorsten Schäfer

Bearbeitung: Annemie Kusturica, Dr. Sarah Hupfer, Dr. Neele van Laaten

Kooperationspartner: Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf, Abteilung für Reaktiven Transport (Leipzig), Projekt Koordination: PD Dr. Cornelius Fischer, PhD: Wenyu Zhou

Beschreibung:

Geologische Tiefenlager sind eine international anerkannte Lösung für die langfristige sichere Endlagerung hochradioaktiver Abfälle. Ein potenzielles Wirtsgestein sind kristalline Gesteine wie Granite oder Gneise. Die Sicherheitsanalyse und Optimierung des Konzepts zur Endlagerung hochradioaktiver und langlebiger Abfälle in Granitoidformationen ist Bestandteil aktueller Forschungsvorhaben.

Die übergeordnete Fragestellung in diesem Projekt beschäftigt sich mit der Verbesserung der Vorhersagbarkeit von Radionuklid-Migration und Radionuklid-Rückhalt in Simulationsrechnungen in geklüfteten kristallinen Gesteinsformationen. Eine verallgemeinerungsfähige Parametrisierung reaktiver Transportmodelle soll es ermöglichen, den quantitativen Einfluss der Mikrometer- und Submikrometerrauheit von Kluft- und Störungsflächen in kristallinen Wirtsgesteinen in reaktiven Transportmodellen zu berücksichtigen. Der Fokus dieses Kooperationsprojektes liegt auf der numerisch basierten Vorhersagbarkeit der Radionuklid-Migration und insbesondere die reaktive Transportmodellierung.

Zum Erreichen der Zielstellungen sind drei Arbeitspakete defininiert worden. Das erste Arbeitspaket beschäftigt sich mit Charakterisierung von Kluft- und Störungsflächen einer Auswahl regionaler kristalliner Wirtsgesteine, z.B. aus der Lausitz und dem Erzgebirge. Die Segmentierung computertomographischer Daten (µCT/XRM) der Kluft- und Störungsflächen mit variabler Ortsauflösung bildet die Basis für die Simulationsrechnungen. Anschließend werden vergleichende Arbeiten anhand von Proben des russischen Projektpartners z.B. aus Krasnoyarsk durchgeführt. Im zweiten Arbeitspaket wird die heterogene Oberflächenreaktivität in experimentellen und numerischen Untersuchungen zur Sorptionseffizienz untersucht. Im Anschluss an Sorptionsexperimente werden ortsaufgelöste Sorptionsdaten bestimmt und skalenabhängige Reaktivitätskontraste parametrisiert und validiert. Im letzten Schritt folgen die Parametrisierung und Validierung der reaktiven Transportmodelle. Das Transportverhalten wird anhand der quantitativen Visualisierung der Fließfeldverteilung und -heterogenität analysiert. Datensätze mit unterschiedlicher Ortauflösung und Gesichtsfeld werden in der Transportsimulation verschnitten. Ziel der Kombination der aktualisierten Transport- und Reaktivitätssimulation ist ein überregional anwendbares, reaktives Transportmodell, welches die dominanten Mechanismen zu den quantitativen und mechanistischen Aspekten auf der Porenskala berücksichtigt.

Das vom BMBK geförderte Forschungsvorhaben im Rahmen der Wissenschaftlich-Technischen Zusammenarbeit mit der Russischen Föderation ist eine Kooperation zwischen der Abteilung Reaktiver Transport (Außenstelle Leipzig) des Instituts für Ressourcenökologie des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), der radiochemischen Abteilung der Lomonossow-Universität Moskau (MSU) und dem Institut für Geowissenschaften, Arbeitsgruppe Angewandte Geologie der Universität Jena.

Vorläufige Ergebnisse: 

Dissertationsthema Annemie Kusturica: Einfluss der mineralogischer Heterogenität an Kluftoberflächen kristalliner Gesteine auf Sorption

Aufgrund der aktuellen politischen Situation lässt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) derzeit ihre Aktivitäten im Rahmen der institutionellen Kooperation mit Russland ruhen. Die DFG ist sich der Folgen dieser Maßnahmen bewusst und bedauert diese für die Wissenschaft zugleich außerordentlich. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern beider Länder steht die DFG aber weiterhin als verlässliche Ansprechpartnerin zur Verfügung.