Vacancy No. INE 01-19

INE 01-19 Masterthesis zum Thema: Sublimationsverhalten von CsReO4

Job description

Bei der Aufarbeitung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken zur Stromerzeugung fallen hochradioaktive Abfalllösungen (High Active Waste Concentrate, HAWC) an, welche die Spaltprodukte, meistens gelöst in salpetersaurer Lösung, enthalten. Nach derzeitigem Stand der Technik besteht eine Möglichkeit, diese Abfälle in geeigneter endlagerfähiger Form zu konditionieren darin, sie fest in eine Glasmatrix einzubinden (Verglasung). Dabei werden die Abfälle in einer konzentrierten Form auf eine Glasschmelze gegeben und im Folgenden sicher im entstehenden Abfallglas immobilisiert. Abgefüllt in Edelstahlkanister (Kokillen) sind die hochradioaktiven Abfälle in dieser Form für eine Endlagerung in tiefen geologischen Gesteinsformationen geeignet. Cs-137 trägt dabei mit einer Halbwertszeit von ca. 30 Jahren maßgeblich zur Gesamtradioaktivität der HAWC-Abfälle und damit auch der Glaskokillen bei. Bei den hohen Verglasungstemperaturen von ca. 1100°C sind Cäsium und Technetium u.a. als CsTcO4 flüchtig und gelangen so in die Abgasreinigungsstrecke, wo sie abgeschieden werden. Dieser Vorgang wird in den meisten HAWC-Verglasungsanlagen beobachtet. In der Verglasungseinrichtung Karlsruhe (VEK) wurden die so entstandenen Ablagerungen durch Spülen aus dem Abgassystem entfernt und in Tanks überführt, in denen die Lösung eintrocknete. Der zurückbleibende Feststoff (Reststoffe) enthält große Mengen CsTcO4. Ein Patent der Firma KTE, eingereicht im Februar 2018, sieht ein Verfahren vor, das geeignet ist das CsTcO4 aus den vorhandenen Reststoffen in reiner Form abzutrennen und sukzessiv einer medizinischen und technischen Nutzung in Form von Hochradioaktiven Strahlenquellen (HRQ) zuzuführen. Die Abtrennung des CsTcO4 von den restlichen Bestandteilen der Reststoffe soll dabei mittels Vakuumsublimation stattfinden.

Gegenstand der Masterarbeit ist es, das Sublimationsverhalten von CsReO4, das als nichtradioaktives Analog für CsTcO4 eingesetzt wird, in Abhängigkeit von Druck und Temperatur zu untersuchen. Hierfür wird eine von der Fa. KTE bereitgestellte Vakuum-Sublimations-Apparatur eingesetzt, mit der ein Druck von ~10-09 mbar erreicht werden kann. Der Aufbau erlaubt die in-situ Charakterisierung gasförmiger Re-Verbindungen mittels UV-Vis-Detektion. Im Rahmen der Masterarbeit werden weiterhin Ausgangsmaterial und abgeschiedene Festkörper mittels instrumentell analytischer Methoden (ICP-AES, ICP-MS, XRD, IR etc.) charakterisiert, um zu klären, ob bereits durch Sublimation eine (teilweise) Trennung von Cs und Re sowie eine Trennung von Abrasivmaterial (Granatsand), das für die Ablösung des Cs-Tc-haltigen Rückstands in VEK-Tanks verwendet werden soll, erreicht werden kann. Ziel ist weiterhin, die chemische Trennung von Cs und Re durch reduktive Ausfällung von Re mittels Hydrazin in wässriger Lösung zu optimieren. Die Arbeiten finden in den Laboren des Instituts für Nukleare Entsorgung (INE) des KITs in Kooperation mit KTE statt. Hierbei finden folgende Methoden Anwendung:

  • Präparatives Arbeiten mit einer Vakuumapparatur
  • Differential Thermoanalyse (TGA/DTA)
  • Elementanalytik (ICP-AES/ICP-MS)
  • Festphasencharakterisierung (XRD)
  • Spektroskopie (UV/Vis, IR)
Personal qualification

Wir suchen motivierte und engagierte Studenten, die gern eigenverantwortlich in einem interdisziplinären Team arbeiten.

Studienfachrichtung Chemie

Organizational unit

Institute for Nuclear Waste Disposal (INE)

Starting date

ab sofort

Vertragsdauer

6 Monate

Fachliche/r Ansprechpartner/in

Prof. Dr. Horst Geckeis

Institut für Nukleare Entsorgung

Tel.: 0721 608 22230

Horst.Geckeis@kit.edu

Dr. Sebastian Bahl

KTE GmbH

Tel.: 07247 88 2451

Sebastian.Bahl@kte-karlsruhe.de

Dr. Franz Strohmer

KTE GmbH

Tel.: 07247 88 2877

Franz.Strohmer@kte-karlsruhe.de

Application

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Personnel support is provided by 

Ms Schaber
phone: +49 721 608-25184,

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Germany

If qualified, severely disabled persons will be preferred.