Departments of the Institute of Resource Ecology
Biogeochemie
Die Abteilung "Biogeochemie" untersucht die biologischen Prozesse in einem Endlager und seiner Umgebung sowie in der Natur im Allgemeinen im Hinblick auf das Verhalten von Radionukliden und chemischen Analoga. Mit dem Ziel, ein umfassendes Verständnis zu erlangen, forschen wir auf verschiedenen Bioskalen. Moleküle, zelluläre Systeme und ganze Organismen werden einzeln und in Gemeinschaft untersucht, um Prozesse zu verstehen, die das Verhalten von Metallionen und die entsprechenden biologischen Reaktionen beeinflussen. Zu diesem Zweck nutzen wir die Expertise des Instituts in der Spektroskopie und der computergestützten Chemie und ergänzen sie durch mikroskopische und molekularbiologische Techniken. Unsere hochgradig interdisziplinäre und kollaborative Forschung konzentriert sich auf die Sicherheit des Menschen und die Risikobewertung und ist auch für verwandte Forschungsbereiche wie die Bioremediation von kontaminierten Standorten und das Ressourcenmanagement relevant.
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Thermodynamik der Aktiniden
Die Abteilung "Thermodynamik der Aktiniden" ist auf dem Gebiet der wässrigen Speziation, der Ausfällung/Auflösung sowie der Wasser-Festkörper-Grenzflächen tätig. Wir verwenden vor allem NMR, IR, Potentiometrie, TRLFS und Kalorimetrie, um Komplexbildungskonstanten, Löslichkeitsprodukte und Oberflächenkomplexierungskonstanten, aber auch Enthalpien und Entropien zu erhalten. Damit einher geht die Ableitung von Mineralcharakteristika und Ionen-Ionen-Wechselwirkungskoeffizienten. Spektroskopische Charakterisierungen der beteiligten Spezies ermöglichen es, realistische Reaktionen zu formulieren. Alle ermittelten Parameter (und ihre Unsicherheiten) werden qualitätsgesichert und in thermodynamische Datenbanken wie THEREDA oder RES³T eingespeist. Anschließende geochemische Speziationsberechnungen unterstützen langfristige Sicherheitsbewertungen, dabei finden auch Ergebnisse aus Unsicherheits- und Sensitivitäsanalysen sowie der Geostatistik Anwendung.
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Grenzflächenprozesse
Die Abteilung für "Grenzflächenprozesse" zielt auf grundlegende und unabhängige Kenntnisse der (Geo-)Chemie und des Umweltverhaltens von langlebigen Radionukliden (RN) ab. Eine wichtige Anwendung ist die sichere Entsorgung von radioaktiven Abfällen. Wir liefern das radiochemische Wissen, d.h. thermodynamische und mechanistische Daten zu wichtigen Mobilisierungs- und Immobilisierungsreaktionen von RN in Lösung, an Grenzflächen und in Festkörpern. Wir verwenden eine Vielzahl etablierter und fortschrittlicher mikroskopischer und spektroskopischer Techniken, um Komplexbildungsreaktionen und Komplexstrukturen, die die Wechselwirkungen von RN in der Geosphäre bestimmen, genau zu beschreiben. Darüber hinaus untersuchen wir die Entstehung und chemische Speziation von Aktivierungsprodukten in Materialien aus Kernkraftwerken im Zusammenhang mit deren sicherer Stilllegung.
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Molekulare Strukturen
Die Abteilung "Molekulare Strukturen" betreibt synchrotrongestützte Forschung und bietet Wissenschaftlern, die Materialien untersuchen, die Aktiniden und Lanthaniden enthalten, ein solides Instrumentarium. Unsere Forschung bietet detaillierte Einblicke in die strukturellen und elektronischen Eigenschaften solcher Materialien in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, darunter Physik, Chemie, Umwelt- und Geowissenschaften. Die Experimente finden an der Rossendorf-Beamline des Europäischen Synchrotrons (ESRF) in Grenoble (Frankreich) statt, die speziell der Aktinidenforschung und der Forschung zur Entsorgung radioaktiver Abfälle gewidmet ist. Die Beamline besteht aus vier Experimentierstationen - XAFS, XES, XRD-1, XRD-2 - mit verschiedenen Röntgenspektroskopie- und Röntgenbeugungsmethoden in einer Alpha-Laborumgebung. Die Datenanalyse wird mit Hilfe von Berechnungen der elektronischen Struktur durchgeführt. Wir untersuchen grundlegende Elektronenwechselwirkungen, Bindungseigenschaften, lokale Strukturen und Oxidationszustände komplexer Systeme.
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Biophysik
Die Abteilung "Biophysik" erforscht die Physik, die den grundlegenden Prozessen des Lebens zugrunde liegt. Obwohl Wasser in der Zelle allgegenwärtig ist, ist die Rolle von Wasser in biomolekularen Zusammensetzungen auf der Nanoskala wenig verstanden. Wir interessieren uns für die funktionellen Auswirkungen der Hydratation von Biomolekülen in Kondensaten, Membranproteinen und supramolekularen DNA-Strukturen. Diese Systeme umfassen Schlüsselprozesse im Zytosol und in der Plasmamembran einer Zelle sowie nanotechnologische Anwendungen von rational konzipierten DNA-Nanostrukturen. Unsere Studien befassen sich mit Systemen unterschiedlicher Komplexität, die von in flüssig-flüssiger Phase getrennten Proteinen über Lipid-Protein-Wechselwirkungen bis hin zu dicht gepackter DNA reichen. Insbesondere werden ionische und schwermetallinduzierte Effekte für ökologische und radiologische Zwecke aufgeklärt. In dem noch komplexeren System eines lebenden Mikroorganismus untersuchen wir die metabolische Reaktion auf Radionuklide, wobei wir modernste Mikrokalorimetrie einsetzen, um neue Maßstäbe für die Toxizität abzuleiten. Die Abteilung Biophysik ist Teil des Exzellenzclusters "Physics of Life".
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Reaktiver Transport
In der Abteilung "Reaktiver Transport" untersuchen wir die Heterogenität der Reaktivität von Materialoberflächen, einschließlich Sorptions- und Auflösungsreaktionen und Materialabbau. Wir verwenden experimentelle und numerische Methoden zur Quantifizierung und Vorhersage von Oberflächenreaktionsraten mit Hilfe von Ratenkarten. Der Transport in komplexen porösen Materialien ist ein weiterer wichtiger Aspekt unserer Arbeit. Wir entwickeln konservative und reaktive Radionuklid-Tracer mit Hilfe unseres Zyklotronlabors und wenden die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) an. Wir nutzen und entwickeln numerische Methoden für die Transportanalyse auf der Porenskala und darüber hinaus. Unsere Forschung wird durch Anwendungen in der nuklearen Sicherheitsforschung motiviert und vorangetrieben, und wir stellen wichtige Verbindungen zu den Geo-, Umwelt- und Materialwissenschaften her.
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Reaktorsicherheit
Die Abteilung "Reaktorsicherheit" befasst sich mit der Sicherheitsbewertung von international betriebenen Leichtwasserreaktoren der Generationen III und III+ sowie der in Entwicklung befindlichen innovativen Reaktorkonzepte (z.B. SFR - sodium cooled fast reactor, SMR - small modular reactors) ermöglicht. Die Arbeiten konzentrieren sich dabei auf die Entwicklung neuer Methoden der Störfallanalyse, die in der Lage sind, die Rechengenauigkeit und die räumlich/zeitliche Auflösung auf ein qualitativ neues Niveau zu bringen. Das Ziel ist die Bereitstellung eines validierten Werkzeugs zur Störfallanalyse von herkömmlichen und innovativen Reaktoren unter Einsatz von Multi-Physik-Ansätzen, die eine hochaufgelöste Neutronenkinetik mit modernsten Computational Fluid Dynamics (CFD) Methoden, fortgeschrittenen eindimensionalen thermohdraulischen Anlagenmodellen und Berechnungen des Brennstabverhaltens koppeln. Weiterhin wird die langjährige Expertise in der Entwicklung und Anwendung von Rechenprogrammen der Reaktordosimetrie genutzt, um diese Tools bei der Begleitung des Rückbaus von Kernkraftwerken zur Bestimmung des Aktivitätslevels der Kraftwerkskomponenten einzusetzen.
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Chemie der f-Elemente
In der Abteilung "Chemie der f-Elemente" untersuchen wir die Chemie der Aktiniden und ihrer Lanthaniden-Homologen sowohl im festen Zustand als auch in Lösung mit dem Ziel, die chemische Bindung in Aktinidenverbindungen auf elektronischer Ebene zu verstehen. Unser Hauptaugenmerk liegt auf der Koordinationschemie der f-Elemente mit anorganischen und organischen Liganden jeweils mit verschiedenen Donoratomen. Bei diesen Studien wird die Einkristall-Röntgenbeugung zur Untersuchung der Strukturen im festen Zustand und spektroskopische Techniken wie NMR, XANES und TRLFS zur Charakterisierung der Strukturen in Lösung eingesetzt. EPR und SQUID werden eingesetzt, um magnetische Eigenschaften zu untersuchen. Alle Untersuchungen werden durch modernste quantenchemische Berechnungen ergänzt.
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Konstruktionswerkstoffe
Dr. Kaden, Cornelia | Dr. Altstadt, Eberhard
Die Sicherheit kerntechnischer Anlagen wird maßgeblich durch das mechanische Werkstoffverhalten unter extremen Betriebsbedingungen (Neutronenbestrahlung, hohe Temperaturen) bestimmt. Die Abteilung "Konstruktionswerkstoffe" untersucht das Schädigungs- und Bruchverhalten von bestrahlten Reaktorwerkstoffen. Im Fokus stehen Reaktordruckbehälterstähle sowie innovative Werkstoffe für zukünftige Reaktorkonzepte einschließlich der Kernfusion. Das methodische Spektrum erlaubt die Betrachtung der gesamten Wirkungskette von bestrahlungsinduzierten Schädigungseffekten auf den nm-Skala bis zum makroskopischen mechanischen Werkstoffverhalten. Ziel ist es, Bestrahlungseffekte zu erkennen, besser zu verstehen und zu mildern. Mit den heißen Zellen zur Untersuchung neutronenbestrahlter Materialien und dem Ionenstrahlzentrum für Ionenbestrahlungsexperimente verfügt das HZDR über eine einzigartige Infrastruktur.
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Gruppenbilder
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Strahlenschutztechnik FWO
Name | Geb./Raum | +49 351 260 | |
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Kathrin Nebe | 801/P216 | 2886 | k.nebe![]() |
Silke Eisold | 801/P101 | 2296 | s.eisold![]() |
Dirk Falkenberg | 801/P040 | 3135 2887 | d.falkenberg![]() |
Eric Täubrich | 801/P216 | 2886 | e.taeubrich![]() |
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