Der Antragsteller formuliert zwei Hauptforschungsziele: Bestimmung der räumlichen und zeitlichen Veränderungen in aktiven Schlammvulkanen des Marianen Vorbogens sowie Integrierung der durch Laboranalysen produzierten Datensätze mit ähnlichen Daten von Schlammvulkanen aus der Tiefzone in gealterten Ablagerungskomplexen (Mittelmeer, Japan).Dieser Vergleich wird es ermöglichen, die Funktion von Schlammvulkanen in verschiedenen Subduktionszonen zu ermitteln und Aufschluss geben über ihre Rolle als direktes Fenster zu den abtauchenden Sedimenten. Der erste Teil dieses Antrags fokussiert sich auf den Marianen-Konvergenzrand, den nord-westlichen Pazifik, als eine alte, kalte Subduktionszone, die die größten Schlammvulkane der Erde beherbergt. Während IODP 366 werden drei Profile an Gipfeln und Flanken von drei Schlammvulkanen mit unterschiedlichen Größen, Tiefen und in aufsteigenden Entfernungen zum Graben gebohrt. Besonderer Schwerpunkt der Messungen am MARUM (Universität Bremen) wird die Bestimmung der Beziehung zwischen Rheologie und Mineralogie der Schlammmatrix sein. Der Serpentinit-Schlamm wird auf einachsige Verfestigung getestet, und seine mineralogische Zusammensetzung wird mit speziellem Augenmerk auf den Tonanteil bestimmt, der hochwahrscheinlich für die rheologischen Unterschiede verantwortlich ist. Durch Messungen der Viskosität, Permeabilität und Index-Eigenschaften von beiden - Klast und Schlamm - plant der Antragsteller außerdem die Verbindung zwischen der Geometrie der Zuflusskanäle und der Quelle der Schlammvulkane zu untersuchen. Durch eine vorangestellte Charakterisierung des Eruptionsmechanismus werden diese Messungen ermöglichen, die Schlammvulkan-Gebilde mit ihren tiefen Ursprüngen in Zusammenhang zu setzten. Der zweite Teil der Arbeit basiert auf dem Vergleich der Daten vom Marianen Vorbogen mit Schlammvulkanen am Mittelmeerrücken und am Nankaitrog. Dieser Ansatz ist Teil der Erforschung der sogenannten Subduktionsfabrik, denn Schlammvulkane bieten auf natürliche Weise Einblicke in tiefe Subduktionszonenprozesse. Die IODP Expedition 366 zum Marianen Vorbogen ist ein Unternehmen vergleichbar mit der ODP Expedition 160, bei der im Akkretionskeil des Mittelmeerrückens Bohrungen an ebenso vielen Schlammvulkanen erfolgreich durchgeführt wurden. Die Sedimente von ODP Expedition 160 wurden bereits extensiv mit verschiedenen Techniken analysiert und stellen die Grundlage für eine Reihe von Vergleichsanalysen des Antragstellers dar. Zusätzlich werden Sedimentproben aus verschiedenen Expeditionen des MARUM zum Mittelmeerrücken als auch zum Nankaitrog mit den gleichen Methoden analysiert wie im ersten Teil des Antrages beschrieben. Dadurch können die drei Gebiete, die sich in ihrer Geometrie weitgehend unterscheiden, miteinander verglichen werden und es können Rückschlüsse auf das rheologische Verhalten der Produkte der Schlammvulkane gezogen werden und wie diese die Balance zwischen Fluiden und Festkörpern in Subduktionszonen beeinflussen.
Im Vorhaben ist die Fortentwicklung des Kenntnisstandes seit 1993 zur Bildung von Strahlenschaeden in Alkalihalogeniden zusammengefasst. Nach einer Beschreibung der theoretischen Grundlagen werden experimentelle Ergebnisse bewertet, die in den letzten Jahren erzielt bzw. aus dem russischen Sprachraum zugaenglich wurden. Dies hat die experimentelle Datenbasis zur Ueberpruefung der theoretischen Modelle erweitert, aber nicht zu voellig neuen Erkenntnissen gefuehrt. Ferner werden Ergebnisse von Modellrechnungen fuer ein deutsches Endlager berichtet, die erstmals mit realistischen Randbedingungen im Bezug auf Temperaturen und gamma-Dosisleistungen sowie deren zeitlichen Veraenderungen durchgefuehrt wurden, wobei zur Abdeckung von Parameterunsicherheiten und -brandbreiten verschiedene Kombinationen analysiert wurden. Die maximale Strahlenschaedigung von ca. 2 mol-Prozent kolloidalem Natrium (gleich 165 J/g NaCl gespeicherte Energie) tritt am Rand des Endlagerfeldes auf. Im Zentrum des Feldes ist wegen der hoehen Temperaturen ueber eine sehr lange Zeitspanne keine nennenswerte Kolloidbildung moeglich. Die Integritaet des Einlagerungsbereiches ist durch die Strahlenschaedenbildung nicht gefaehrdet. Einige Moeglichkeiten zur Minimierung der Strahlenschaedenbildung durch veraenderte Endlagerauslegung werden aufgezeigt. Hinsichtlich der Langzeitauswirkungen ist die ermittelte Strahlenschaedigung unbedenklich. Eine spontane Freisetzung der gespeicherten Energie ist nicht zu erwarten, da kein Freisetzungsmechanismus vorstellbar ist. Aber selbst unter der Annahme, dass die gesamte um ein Einlagerungsbohrloch gespeicherte Energie ploetzlich freigesetzt wird, waeren die mechanischen Auswirkungen auf wenige Meter um das Bohrloch herum begrenzt.
Im Rahmen dieses Projektes werden Moeglichkeiten zur Verfestigung von Schlacken, Flugstaeuben und Rueckstanden der Rauchgasreinigung untersucht. Die Rueckstaende aus der trockenen Abgasreinigung werden mit Portlandzement und Wasser gemischt und bei Raumtemperatur ausgehaertet. Die verfestigten Rueckstaende werden auf Druckfestigkeit, Wasserbestaendigkeit und -durchlaessigkeit untersucht; dabei werden unterschiedliche Mischungsverhaeltnisse (Rueckstand, Zement, Wasser) eingesetzt.
'- Zur Schonung der Kiessandressourcen sollen, wo moeglich, alternative Materialien fuer Fundationsschichten im Strassenbau verwendet werden. - Neben der Verwendung von oertlichen Materialien, welche durch Stabilisieren mit hydraulischen Bindemitteln nutzbar gemacht werden koennen (Forschungsauftraege am IGB-ETH bearbeitet), sollen vermehrt auch Baurestmassen rezykliert und verwendet werden. - Die Untersuchung der Baurestmassen und rezyklierten Abbruchmaterialien fuer die Eignung zur Verwendung im Strassenbau bildet das Ziel dieser Forschungsarbeit (sofern die Umweltvertraeglichkeit nachgewiesen werden kann).
Im Zusammenhang mit der im Entwurf zu einer Technischen Verordnung ueber Abfaelle (TVA) geforderten Endlagerqualitaet von abzulagernden Rauchgasreinigungsrueckstaenden sind moegliche Immobilisierungstechniken zu untersuchen. Insbesondere gilt es, die Rauchgasreinigungsrueckstaende selbst chemisch und mineralogisch zu charakterisieren, Rezepturen fuer deren Verfestigung mit Zement zu entwickeln und das Langzeitverhalten derweise stabilisierter Rueckstaende zu klaeren. Daneben sind Fragen der Deponie- und Verfahrenstechnik zu behandeln sowie Testverfahren fuer eine Beurteilung des Langzeitverhaltens auszuarbeiten.
Die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle (HAW) in geologischen Steinsalzformationen sieht die Einbringung verglaster HAW-Kokillen, teils auch die direkte Endlagerung von 5 m langen Brennstabkokillen in tiefen vertikalen Bohrlöchern und die direkte Endlagerung von Brennelementen in selbstabschirmenden Pollux-Behältern in horizontalen Strecken vor. Einlagerungs-Bohrlöcher und -Strecken werden für den völligen Einschluss der Abfälle im Wirtsgestein mit artgleichem Salzgrusversatz verfüllt. Anhand der bisherigen Ergebnisse kann nicht sicher genug abgeschätzt werden, welcher Kompaktionsgrad und welche Restporosität/-permeabilität erreicht werden, und welche Konsequenzen sich für Langzeitsicherheitsanalysen ergeben. Es wird ermittelt, welche Prozessabläufe hinsichtlich des vollständigen Einschlusses eine besondere Signifikanz besitzen, und welche experimentellen Daten für verbesserte Systemanalysen bereit zu stellen sind. Ziel ist die relevanten Prozesse bei der Konsolidierung von Salzversatz zu ermitteln und ein Arbeitsprogramm für die erforderliche Weiterentwicklung von THMC-Modellen für die Langzeitsicherheitsanalyse von HAW-Endlagern bereitzustellen.
Durch Anwendung eines bereits entwickelten Sol/Gel-Verfahrens eroeffnet sich die Moeglichkeit, den gamma-Strahler Cs-137 und den beta-Strahler Sr-90 aus dem hochradioaktiven Abfall einer Wiederaufarbeitungsanlage abzutrennen und diese beiden Radionuklide als Strahlenquellen zu nutzen. Anwendungsgebiete fuer die Nuklide finden sich in Medizin, Biologie und Technik. Die uebrigen im HAW enthaltenen Spaltprodukte und alpha-Strahler werden im Zuge der Durchfuehrung des Verfahrens in keramischen Partikeln fixiert, die ein endlagertaugliches Produkt sein duerften. Der Waermeeintrag in das Endlager wird durch die Abtrennung des Caesiums und Strontiums um ueber 80 v.H. verringert. Grundlage des Prozesses ist ein Sol/Gel-Verfahren, das fuer die fernbedienliche Herstellung von HTR-Brennstoffen entwickelt worden ist. Fuer die Abfallverfestigung wird zunaechst ein HAW-haltiges Hydrosol (z.B. Al2O3-Sol) hergestellt.
Bei dem zu beurteilenden Sanierungsverfahren von nicht gesicherten Altlasten durch das Injizieren von verschiedenen 'latent-hydraulisch' reagierenden, anorganischen Reststoffen, wie z.B. Zement-Flugaschegemische, werden die Hohlraeume des Deponiematerials groesstenteils ausgefuellt. Neben einer Verfestigung kommt es dabei zu einer Verringerung der Durchlaessigkeit des gesamten injizierten Deponiekoerpers. Dadurch wird die Fracht an grundwassergefaehrdenden Stoffen verringert. Weiter sollte sich die Pufferung des pH-Wertes von Sickerwaessern sowie die Adsorptionsmoeglichkeit von geloesten Schadstoffen an die mineralische Feinmatrix positiv auf die Wirksamkeit der Methode auswirken. Die Beurteilung des Stoffaustrages und somit das zeitabhaengige Gefaehrdungspotential soll unter gesicherten Bedingungen durch Feldversuche erfolgen, die die tatsaechlichen Verhaeltnisse in einer Deponie besser simulieren. Durch die Feldversuche sollen nicht nur verschiedene Ausgangsmaterialien (neuer und verrotteter Hausmuell) getestet werden, sondern grundsaetzlich unterschiedliche Vorgangsweisen (Injektion und Einbau nach vorherigem Mischen) beurteilt werden. Die geplante Sanierungstechnik (Altlastsanierung) stellt eine in situ-Sanierung dar und ergibt aufgrund der Gesamtkonzeption eine wesentliche Verbesserung der Ist-Situation. Theoretische Ueberlegungen lassen erwarten, dass eine Verringerung des Frachtaustrages um 80-90 Prozent auftreten wird
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