Wasserstoff zeigt im Vergleich zu anderen Elementen eine sehr hohe Beweglichkeit in Metallen. Allerdings werden bei der Bestimmung der Diffusionskoeffizienten oftmals erhebliche systematische Fehler beobachtet. So weichen die von verschiedenen Arbeitsgruppen fuer die Wanderung von Wasserstoff in Zirkon bestimmte Diffusionskoeffizienten im mittleren Temperaturbereich von 200 - 600 Grad C bis zu etwa zwei Groessenordnungen voneinander ab. Es schien moeglich, dass diese Abweichungen auf den Einfluss sauerstoffhaltiger Oberflaechenschichten zurueckzufuehren sind, da der Wasserstoff bei allen bisherigen Untersuchungen durch mindestens eine solche Schicht hindurchdiffundieren musste. Die Diffusionskoeffizienten fuer Tritium in diesen Oberflaechenschichten sind im Vergleich zur Beweglichkeit im Metall um mehr als sieben Groessenordnungen kleiner, so dass bereits duenne Schichten eine erhebliche Verzoegerung in der Diffusion bewirken koennen. Es wurde deshalb eine neue Methode entwickelt, bei der die Diffusion in den Oberflaechenschichten vermieden wird. Ausserdem wurde der Einfluss der Sauerstoff-Konzentration auf die Beweglichkeit von Tritium in Zircaloy bestimmt. Diese Arbeiten, welche auch fuer die Kernbrennstoff-Wiederaufbereitung von erheblicher Bedeutung sind, werden fortgesetzt. Im Vordergrund stehen dabei die Untersuchungen ueber den Einfluss von Fremdstoffen und Strahlenschaeden auf die Tritium-Diffusion in Zirkon und Zirkon-Legierungen.
Alle unedlen Gebrauchsmetalle, wie Aluminium, Eisen und Zirkon, bilden bei der Reaktion mit Gasen oder waessrigen Medien mehr oder minder festhaftende Grenzschichten, welche den Angriff der korrodierenden Agenzien stark hemmen. Die Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit haengt von einer Reihe von Faktoren ab: Temperatur, Dicke und Haftung der Schicht, Diffusionsgeschwindigkeit der Agenzien, z.B. des Sauerstoffs, und der Metallkationen, etc. Die Haftung der Schicht und die Beweglichkeit der Reaktionspartner haengt wesentlich von der Konzentration von Fremdelementen in dem Matrixmetall und in der Schicht ab. Sowohl dieser Einfluss als auch die Abhaengigkeit des Konzentrationsverhaeltnisses der Fremdelemente in der Schicht und der Matrix von den Reaktionsbedingungen soll untersucht werden. Neben der allgemeinen, leicht erkennbaren technischen Bedeutung sind diese Arbeiten auch fuer die Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen von erheblichem Interesse. Wasserstoff bewirkt in vielen Metallen eine Versproedung, welche zu erhoehter Anfaelligkeit des Probestueckes gegen Korrosion und Bruch fuehrt. Generell sind zwei Wege fuer die Aufnahme des Wasserstoffs offen: a) Zersetzung von Wasser an der Oberflaeche und anschliessende Diffusion des Wasserstoffs durch die schuetzende Oxidschicht, b) Zersetzung des Wassers und Aufnahme des Wasserstoffs unmittelbar an der Metalloberflaeche, welche in Ritzen oder nicht festhaftenden Teilen der Schicht fuer einen direkten Kontakt mit der Loesung zugaenglich ist. Beide Wege sollen untersucht werden.
Trennverfahren hoher Selektivitaet sind in der anorganischen Chemie und in der Kernchemie wichtig fuer die Abtrennung von Elementen, insbesondere von Schwermetallen und Radioelementen, aus natuerlichen Waessern und aus Abfalloesungen. Besonderes Interesse verdient die Moeglichkeit des 'Recycling' von Schwermetallen. In Darmstadt wird ueber die Entwicklung von anorganischen und organischen, insbesondere chelatbildenden Austauschern gearbeitet. Die Eigenschaften dieser Austauscher werden durch Ermittlung der Kapazitaet, kinetische Messungen und Bestimmung der Verteilungskoeffizienten untersucht. Beispiele sind: die selektive Abtrennung von Uran aus Meerwasser und aus anderen natuerlichen Waessern, die Abtrennung von Eisen, Kupfer, Arsen und Quecksilber aus Wasser, Salzloesungen, Loesungsmitteln und Abfalloesungen sowie die Abtrennung von Radioelementen bzw. Radionukliden aus Abfalloesungen.
Hildesheim. Von der Probenahme bis zur Analytik: Das staatlich anerkannte Landeslabor des Niedersächsischen Landesbetriebs für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) behält die Gewässerqualität, die Grundwassergüte und die Strahlenbelastung in Niedersachsen genau im Blick. Mit den wachsenden Herausforderungen und Aufgaben für die Wasserwirtschaft steigt aktuell auch hier das Arbeitsaufkommen, denn: Immer mehr Proben aus ganz Niedersachsen kommen an den sieben Standorten des Landeslabors unter die Lupe. Moderne Technik erfasst dabei Konzentrationen von Elementen bis in den Mikrogrammbereich bei Wasser-, Sediment- und Schwebstoffproben. Von der Probenahme bis zur Analytik: Das staatlich anerkannte Landeslabor des Niedersächsischen Landesbetriebs für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) behält die Gewässerqualität, die Grundwassergüte und die Strahlenbelastung in Niedersachsen genau im Blick. Mit den wachsenden Herausforderungen und Aufgaben für die Wasserwirtschaft steigt aktuell auch hier das Arbeitsaufkommen, denn: Immer mehr Proben aus ganz Niedersachsen kommen an den sieben Standorten des Landeslabors unter die Lupe. Moderne Technik erfasst dabei Konzentrationen von Elementen bis in den Mikrogrammbereich bei Wasser-, Sediment- und Schwebstoffproben. Aurich, Brake, Hildesheim, Lüneburg, Meppen, Stade und Verden: Quer über Niedersachsen verteilt liegen die sieben Standorte des Landeslabors. Hinzu kommen vier Probenahmestützpunkte in Braunschweig, Cloppenburg, Göttingen und Sulingen. Insgesamt über 150 Mitarbeitende sind im Landeslabor tätig. Alleine am größten Laborstandort in Hildesheim kümmern sich 74 Fachkräfte und Auszubildende in den Bereichen Ökotoxikologie, Radiochemie, der organischen und anorganischen Analytik sowie in der Probenahme darum, die Umwelt im Land zu überwachen. Dabei kann das NLWKN-Labor in Hildesheim auf eine lange Tradition zurückblicken: Seit 100 Jahren werden hier bereits verschiedene Proben untersucht, zum Beispiel Wasserproben aus Oberflächengewässern und des Grundwassers. „In den letzten Jahren haben wir einen starken Anstieg bei den Proben von Oberflächengewässern und dem Grundwasser erlebt. Während 2022 noch circa 4.600 Wasserproben untersucht wurden, waren es 2024 schon circa 5.700“, so Sven Landsgesell, Leiter des Hildesheimer Labors. „Pro Woche untersuchen wir alleine am Standort Hildesheim 700 bis 800 Probenflaschen“, ergänzt er. Über 581.000 Einzelbestimmungen kamen so in 2024 an allen NLWKN-Laborstandorten im Land zusammen. Zum Vergleich: 2021 waren es noch knapp 452.000. Die Gewässerproben werden dabei in ganz Niedersachsen von NLWKN-Personal entnommen und dann zu den jeweiligen Laborstandorten gebracht. Bereits bei der Probenahme sind ein großes Maß an Sorgfalt und Genauigkeit gefragt, denn hier können schnell Proben durch Fremdmaterial oder unsachgemäße Probenahme verunreinigt werden. Im Labor angekommen, werden die Bestandteile der Wasserproben mittels Spezialverfahren wie zum Beispiel der Massenspektrometrie, Hochleistungsflüssigkeitschromatografie oder Ionenchromatografie analysiert: Dabei wird mit modernster Technik im Bereich Mikrogramm pro Liter gemessen. „Schon die Konzentration eines Zuckerwürfels in einem See würde bei unserer Analytik auffallen“, erklärt Landsgesell. „Aufgrund der technischen Entwicklung ist unsere Arbeit in den letzten Jahrzehnten dabei immer komplexer geworden“, so der Laborfachmann. „Wir haben hohe Arbeitsstandards, und dafür benötigen wir natürlich qualifiziertes Fachpersonal. Deshalb bilden wir auch alle zwei Jahre vier neue Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zu Chemielaborantinnen und Chemielaboranten aus.“ Mitarbeitende wie die studierten Umweltchemikerinnen Joana List, Syaleen Sharuddin und Chemielaborant Hannes Haacke. Haacke hat seine Ausbildung im Hildesheimer NLWKN-Labor absolviert. Dort arbeitet er nun seit anderthalb Jahren im Bereich der Elementanalytik und untersucht die Wasserproben, die von den Kolleginnen und Kollegen der Probenahme ins Labor gebracht werden. Eine große Rolle spielt dabei die Überwachung der Einhaltung gesetzlich festgelegter Grenzwerte von Substanzen wie Nitrat, Phosphor oder Arsen. Ebenso ist die sogenannte Einleiterüberwachung bei der Kontrolle von Oberflächengewässern eine wichtige Aufgabe der Laborstandorte in Niedersachsen: Die Labore kontrollieren, ob sich Unternehmen, die Abwasser im Rahmen ihrer Produktionsabläufe in Gewässer leiten, auch an die hierfür geltenden gesetzlichen Auflagen halten. Haacke und seine Kollegen überprüfen dazu, wie hoch die Werte bestimmter chemischer Elemente in jeder Wasserprobe sind. Sollte ein Grenzwert überschritten werden, wird eine Zweitprobe herangezogen. „Weist auch jene auffällige Werte auf, geben wir dem Betreiber und gegebenenfalls den regional zuständigen Behörden Bescheid, damit sie den Unregelmäßigkeiten nachgehen und bei Bedarf die notwendigen Schritte einleiten können“, erklärt Laborleiter Landsgesell. Neben der analytischen Umweltüberwachung nimmt der NLWKN auch Aufgaben der Notifizierung, also der Prüfung und Anerkennung anderer Labore wahr. „Der NLWKN spricht die staatliche Anerkennung für private Laboratorien aus, wenn diese nachweisen können, dass sie umfangreichen Qualitätskriterien genügen“, so Landsgesell. Im Jahr 2024 waren insgesamt 26 private Labore durch den NLWKN notifiziert. Zeichnungen von Daphien im Labor in Hildesheim. Die Krebstierchen werden als Kleinstorganismen dort in der Ökotoxikologie bei Tests genutzt. (Foto: Lisa Neumann/NLWKN) Zwei Daphnien, eine Gattung von Krebstieren, in einer Testlösung in der Ökotoxikologie im Labor in Hildesheim. Beim sogenannten „Daphientest“ wird geschaut, wie die Tierchen auf Proben reagieren (Bild: Neumann/NLWKN)