Mechanische Eigenschaften strahlengeschädigter Geomaterialien

• Antragsteller: Dr. Tobias Beirau
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374360049

Radioaktive Bestrahlung kristalliner Festkörper kann zu starken Veränderungen ihrer physikalischen Materialeigenschaften führen. Dies ist für die Entwicklung eines geeigneten Matrixmaterials zur Langzeiteinlagerung von aktinidreichen Abfällen von großer Bedeutung, da die sicherheitstechnische Beeinträchtigung des Materials schwerwiegende Folgen hätte. Im Rahmen des beantragten Projekts soll der Einfluss intrinsischer alpha-Strahlung auf die mechanischen Eigenschaften (Modulus und Härte) von Geomaterialien im Detail untersucht werden, da diese bisher kaum verstanden sind. Die geplanten Studien sollen eine Korrelation der Affinität für Strahlenschädigung und thermisch induzierter Rekristallisation mit dem spezifischen Aufbau der Kristallstruktur ermöglichen. Nanoindentationsmessungen werden es ermöglichen, die Veränderung der Materialhärte und Steifigkeit präzise zu bestimmen und zu verfolgen. Die gewonnenen Ergebnisse werden durch spektroskopische (RUS, Raman und IR), mikroskopische (TEM) und kalorimetrische (DSC/TG) Untersuchungen komplettiert. Als Modellsubstanzen dienen natürliche Uran- und Thorium-haltige Minerale (Zirkon, Pyrochlor und Allanit) mit unterschiedlichen Schädigungsgraden. Um den Schädigungs- und Rekristallisationsprozess besser verstehen zu können, werden zusätzlich künstlich geschädigte (Ionenbestrahlung) Zirkonproben analysiert. Die ausgewählten natürlichen Mineralproben sind bereits über geologische Zeiträume hinweg alpha-Zerfallsprozessen ausgesetzt gewesen und sind daher ideale Modelsubstanzen für die Untersuchung von Langzeitfolgen. Die Quantifizierung des Einflusses von Strahlenschädigung und Rekristallisation auf den Einbau von Wasser beziehungsweise auf bereits strukturell eingebautes Wasser und die damit verbundene Veränderung der Materialstabilität ist ebenfalls Gegenstand dieser Studie. Dieses Projekt wird neue und wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die schädigungsbedingte Modifizierung der mechanischen Eigenschaften von Geomaterialien liefern. Dieses Wissen ist essentiell für die Beurteilung der Langzeitstabilität einer Struktur.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Nanoindentationsgerät
• Gerätegruppe: 2930 Härteprüfmaschinen, Reibungs- und Verschleiß-Prüfmaschinen