Avaliação da cinetica bacteriana na biolixiviação de calcopirita

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A 2400-year record of trace metal loading in lake sediments of Lagoa Vermelha, southeastern Brazil

Sediments of the Lagoa Vermelha (Red Lake), situated in the Ribeira Valley, southeastern Brazil, are made of a homogeneous, organic-rich, black clay with no visible sedimentary structures. The inorganic geochemical record (Al, As, Ba, Br, Co,Cs, Cr, Fe, Mn, Ni, Rb, Sc, Sb, V, Zn, Hg and Pb) of the lake sediments was analyzed in a core spanning 2430 years. The largest temporal changes in trace metal contents occurred approximately within the last 180 years. Recent sediments were found to be enriched in Pb, Zn, Hg, Ni, Mn, Br and Sb (more than 2-fold increase with respect to the "natural background level"). The enhanced accumulation of Br, Sb, and Mn was attributed to biogeochemical processes and diagenesis. On the other hand, the anomalous concentrations of Pb, Zn, Hg and Ni were attributed to pollution. As Lagoa Vermelha is located in a relatively pristine area, far removed from direct contamination sources, the increased metal contents of surface sediments most likely resulted from atmospheric fallout. Stable Pb isotopes provided additional evidence for anthropogenic contamination. The shift of Pb-206/Pb-207 ratios toward decreasing values in the increasingly younger sediments is consistent with an increasing contribution of airborne anthropogenic lead. In the uppermost sediments (0-10 cm), the lowest values of the Pb-206/Pb-207 ratios may reflect the influence of the less radiogenic Pb from the Ribeira Valley District ores (Pb-206/Pb-207 between 1.04 and 1.10), emitted during the last 50 years. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

New Isomers in the Full Seniority Scheme of Neutron-Rich Lead Isotopes: The Role of Effective Three-Body Forces

The neutron-rich lead isotopes, up to Pb-216, have been studied for the first time, exploiting the fragmentation of a primary uranium beam at the FRS-RISING setup at GSI. The observed isomeric states exhibit electromagnetic transition strengths which deviate from state-of-the-art shell-model calculations. It is shown that their complete description demands the introduction of effective three-body interactions and two-body transition operators in the conventional neutron valence space beyond Pb-208.

First measurement of beta decay half-lives in neutron-rich Tl and Bi isotopes

Neutron-rich isotopes around lead, beyond N = 126, have been studied exploiting the fragmentation of an uranium primary beam at the FRS-RISING setup at GSI. For the first time beta-decay half-lives of Bi-219 and Tl-211,Tl-212,Tl-213 isotopes have been derived. The half-lives have been extracted using a numerical simulation developed for experiments in high-background conditions. Comparison with state of the art models used in r-process calculations is given, showing a systematic underestimation of the experimental values, at variance from close-lying nuclei. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Assessment of a UASB reactor for the removal of sulfate from acid mine water

A bench-scale Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor was used to study the treatment of acid mine drainage through the biological reduction of sulfate. The reactor was fed with acid mine drainage collected at the Osamu Utsumi uranium mine (Caldas, MG, Brazil) and supplemented with ethanol as an external carbon source. Anaerobic granular sludge originating from a reactor treating poultry slaughterhouse wastewater was used as the inoculum. The reactor's performance was studied according to variations in the chemical oxygen demand (COD)/SO42- ratio, influent dilution and liquid-phase recirculation. The digestion of a dilution of the acid mine drainage resulted in a 46.3% removal of the sulfate and an increase in the effluent pH (COD/SO42- = 0.67). An increase in the COD/SO42- ratio to 1.0 resulted in an 85.6% sulfate reduction. The reduction of sulfate through complete oxidation of the ethanol was the predominant path in the reactor, although the removal of COD was not greater than 68% in any of the operational stages. The replenishment of the liquid phase with tap water positively affected the reactor, whereas the recirculation of treated effluent caused disequilibrium and decreased efficiency. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Carlosbarbosaite, ideally (UO2)(2)Nb2O6(OH)(2)center dot 2H(2)O, a new hydrated uranyl niobate mineral with tunnels from Jaguaracu, Minas Gerais, Brazil: description and crystal structure

Carlosbarbosaite, ideally (UO2)(2)Nb2O6(OH)(2)center dot 2H(2)O, is a new mineral which occurs as a late cavity filling in albite in the Jaguaracu pegmatite, Jaguaracu municipality, Minas Gerais, Brazil. The name honours Carlos do Prado Barbosa (1917-2003). Carlosbarbosaite forms long flattened lath-like crystals with a very simple orthorhombic morphology. The crystals are elongated along [001] and flattened on (100); they are up to 120 mu m long and 2-5 mu m thick. The colour is cream to pale yellow, the streak yellowish white and the lustre vitreous. The mineral is transparent (as individual crystals) to translucent (massive). It is not fluorescent under either long-wave or short-wave ultraviolet radiation. Carlosbarbosaite is biaxial(+) with alpha = 1.760(5), beta = 1.775(5), gamma = 1.795(5), 2V(meas) = 70(1)degrees, 2V(calc) = 83 degrees. The orientation is X parallel to a, Y parallel to b, Z parallel to c. Pleochroism is weak, in yellowish green shades, which are most intense in the Z direction. Two samples were analysed. For sample I, the composition is: UO3 54.52, CaO 2.07, Ce2O3 0.33, Nd2O3 0.49, Nb2O5 14.11, Ta2O5 15.25, TiO2 2.20, SiO2 2.14, Fe2O3 1.08, Al2O3 0.73, H2O (calc.) 11.49, total 104.41 wt.%; the empirical formula is (square 0.68Ca0.28Nd0.02Ce0.02)(Sigma=1.00)[U-1.44 square O-0.56(2.88)(H2O)(1.12)](Nb0.80Ta0.52Si0.27Ti0.21Al0.11Fe0.10)(Sigma=2.01) O-4.72(OH)(3.20)(H2O)(2.08). For sample 2, the composition is: UO3 41.83, CaO 2.10, Ce2O3 0.31, Nd2O3 1.12, Nb2O5 14.64, Ta2O5 16.34, TiO2 0.95, SiO2 3.55, Fe2O3 0.89, Al2O3 0.71, H2O (calc.) 14.99, total 97.43 wt.%; the empirical formula is (square 0.67Ca0.27Nd0.05Ce0.01)(Sigma=1.00)[U-1.04 square O-0.96(2.08)(H2O)(1.92)] (Nb0.79Ta0.53Si0.42Ti0.08Al0.10Fe0.08)(Sigma=2.00)O-4.00(OH)(3.96)(H2O)(2.04). The ideal endmember formula is (UO2)(2)Nb2O6(OH)(2)center dot 2H(2)O. Calculated densities are 4.713 g cm(-3) (sample 1) and 4.172 g cm(-3) (sample 2). Infrared spectra show that both (OH) and H2O are present. The strongest eight X-ray powder-diffraction lines [listed as d in angstrom(I)(hkl)] are: 8.405(8)(110), 7.081(10)(200), 4.201(9)(220), 3.333(6)(202), 3.053(8)(022), 2.931(7)(420), 2.803(6)(222) and 2.589(5)(040,402). The crystal structure was solved using single-crystal X-ray diffraction (R = 0.037) which gave the following data: orthorhombic, Cmem, a = 14.150(6), b = 10.395(4), c = 7.529(3) angstrom, V = 1107(1) angstrom(3), Z = 4. The crystal structure contains a single U site with an appreciable deficiency in electron scattering, which is populated by U atoms and vacancies. The U site is surrounded by seven 0 atoms in a pentagonal bipyramidal arrangemet. The Nb site is coordinated by four 0 atoms and two OH groups in an octahedral arrangement. The half-occupied tunnel Ca site is coordinated by four 0 atoms and four H2O groups. Octahedrally coordinated Nb polyhedra share edges and comers to form Nb2O6(OH)(2) double chains, and edge-sharing pentagonal bipyramidal U polyhedra form UO5 chains. The Nb2O6(OH)(2) and UO5 chains share edges to form an open U-Nb-phi framework with tunnels along [001] that contain Ca(H2O)(4) clusters. Carlosbarbosaite is closely related to a family of synthetic U-Nb-O framework tunnel structures, it differs in that is has an (OH)-bearing framework and Ca(H2O)(4) tunnel occupant. The structure of carlosbarbosaite resembles that of holfertite.

Climatic and stratigraphic paleoindicators from the Canary Island

[EN] The last 5 Myr  are characterized by cliamatic variations globally and are reflected in ancient fossiliferous marine deposits visible in the Canary Islands. The fossils contained are identificated as paleoecological and paleoclimatic indicators. The Mio-Pliocene Transit is represented by the coral Siderastrea micoenica Osasco, 1897; the gastropods Rothpletzia rudista Simonelli, 1890; Ancilla glandiformis (Lamarck, 1822); Strombus coronatus Defrance, 1827 and Nerita emiliana Mayer, 1872 and the bivalve Gryphaea virleti Deshayes, 1832 as most characteristic fossils  and typical of a very warm climate and littoral zone. Associated  lava flows  have been dated radiometrically  and provides a range between  8.9 and about 4.2 Kyr. In the mid-Pleistocene, about 400,000 years ago, the called Marine Isotope Stage 11, a strong global warming that caused a sea level rise happens. Remains of the MIS 11  are preserved on the coast of Arucas (Gran Canaria), and associated with a tsunami in Piedra Alta (Lanzarote). These fossilifeorus  deposits contains the bivalve Saccostrea cucullata (Born, 1780), the gastropod Purpurellus gambiensis (Reeve, 1845) and the corals Madracis pharensis (Heller, 1868) and Dendrophyllia cornigera (Lamarck, 1816). Both sites have been dated by K-Ar on pillow lavas (approximately 420,000 years) and by Uranium Series on corals (about 481,000 years) respectively. The upper Pleistocene starts with another strong global warming known as the last interglacial or marine isotope  stage (MIS) 5.5, about 125,000 years ago, which also left marine  fossil deposits exposed in parallel to current in Igueste of San Andrés (Tenerife),  El Altillo, the  city of Las Palmas de Gran Canaria  and Maspalomas (Gran Canaria),  Matas Blancas, the Playitas and Morrojable (Fuerteventura ) and in Playa Blanca and Punta Penedo (Lanzarote ). The fossil coral Siderastrea radians (Pallas , 1766 ) currently living in the Cape Verde Islands , the Gulf of Guinea and the Caribbean has allowed Uranium series dating. The gastropods Strombus bubonius Lamarck, 1822 and Harpa doris (Röding , 1798 ) currently living in the Gulf of Guinea. Current biogeography using synoptic data obtained through satellites provided by the ISS Canary Seas provides data of Ocean Surface Temperature (SST) and Chlorophyll a (Chlor a) . This has allowed the estimation of these sea conditions during interglacials compared to today .

Analisi e valutazione degli effetti dell'esposizione a nanoparticelle di minerali pesanti e sostanze inquinanti sul personale italiano impiegato selle missioni di pace all'estero. Evoluzione delle ipotesi etiopatogenetiche.

This study focus on pathologies - caused by impoverished uranium and other heavy-metals’ nanoparticles environmental pollution - developed in international military personnel deployed in critical areas; the pathologies are then placed in a general and chronological schema. This study shows an impressive collection of data on impoverished uranium characteristics and its employment in civil and military context and a map of impoverished uranium most polluted areas. The studies on this subject commissioned by two Italian Parliamentary Court of Inquiry and by other nations are then analyzed. Further etiopathogenetic hypothesis are assessed – as multivaccination – comparing vaccination protocols adopted by different NATO nations and their possible effects. Finally the study defines the objectives and the operational protocols of an ongoing epidemiological serial prospective study (time-frame scheduled of 30 years) on military personnel deployed in critical areas for the possible presence of genotoxic agents.

Spaltspuranlyse von Uranoxidpartikeln

Kerntechnische Anlagen werden weltweit vonInspektoren der Atomenergiebehörden kontrolliert.Dabei werden in den Anlagen Wischtestproben genommen,die anschließend auf darin enthaltene Staubpartikeluntersucht werden. Die Zusammensetzung dieser Partikel- vor allem der U-235-Anreicherungsgrad in Uranoxidpartikeln -lassen wichtige Rückschlüsse auf die in den Anlagen durchgeführten Operationen zu. In dieser Arbeit wurde ein einfaches Screening-Verfahrenzur Lokalisierung von Uranoxidpartikeln in Wischtestprobenentwickelt. Dieses Verfahren basiert auf dem Prinzip derSpaltspuranalyse und erlaubt eine grobe Abschätzung desU-235-Anreicherungsgrades in Uranoxidpartikeln beibekanntem Partikeldurchmesser durch Auszählen der Spaltspuren je Partikel. Zur Entwicklung und Kalibrierung dieser Methode wurdenUranoxidpartikel mit definiertem Durchmesser und definierter Isotopenzusammensetzung hergestellt und mitder Rasterelektronenmikroskopie sowie der Sekundärionenmassenspektroskopie charakterisiert.

Bestimmung der Ionisationsenergie von Actinium und Ultraspurenanalyse von Plutonium mit resonanter Ionisationsmassenspektrometrie (RIMS)

ZusammenfassungDie Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) verbindet hohe Elementselektivität mit guter Nachweiseffizienz. Aufgrund dieser Eigenschaften ist die Methode für Ultraspurenanalyse und Untersuchungen an seltenen oder schwer handhabbaren Elementen gut geeignet. Für RIMS werden neutrale Atome mit monochromatischem Laserlicht ein- oder mehrfach resonant auf energetisch hoch liegende Niveaus angeregt und anschließend durch einen weiteren Laserstrahl oder durch ein elektrisches Feld ionisiert. Die Photoionen werden in einem Massenspektrometer massenselektiv registriert.Ein Beispiel für die Anwendung von RIMS ist die präzise Bestimmung der Ionisationsenergie als fundamentale physikalisch-chemische Eigenschaft eines bestimmten Elements; insbesondere bei den Actinoiden ist die Kenntnis der Ionisationsenergie von Interesse, da es dort bis zur Anwendung der laser-massenspektroskopischer Methode nur wenige experimentelle Daten gab. Die Bestimmung der Ionisationsenergie erfolgt durch die Methode der Photoionisation im elektrischen Feld gemäß dem klassischen Sattelpunktsmodell. Im Experiment werden neutrale Atome in einem Atomstrahl mittels Laserlicht zunächst resonant angeregt. Die angeregten Atome befinden sich in einem äußeren, statischen elektrischen Feld und werden durch einen weiteren Laserstrahl, dessen Wellenlänge durchgestimmt wird, ionisiert. Das Überschreiten der Laserschwelle macht sich durch einen starken Anstieg im Ionensignal bemerkbar. Man führt diese Messung bei verschiedenen elektrischen Feldstärken durch und erhält bei Auftragen der Ionisationsschwellen gegen die Wurzel der elektrischen Feldstärke durch Extrapolation auf die Feldstärke Null die Ionisationsenergie.Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Ionisationsenergie von Actinium erstmalig zu 43398(3) cm-1 º 5,3807(4) eV experimentell bestimmt. Dazu wurden Actiniumatome zunächst einstufig resonant mit einem Laser mit einer Wellenlänge von 388,67 nm auf einen Zustand bei 25729,03 cm-1 angeregt und anschließend mit Laserlicht mit einer Wellenlänge von ca. 568 nm ionisiert. Damit sind die Ionisationsenergien aller Actinoiden bis einschließlich Einsteinium mit Ausnahme von Protactinium bekannt. Als Atomstrahlquelle wird ein spezielles 'Sandwichfilament' benutzt, bei dem das Actinoid als Hydroxid auf eine Tantalfolie aufgebracht und mit einer reduzierenden Deckschicht überzogen wird. Das Actinoid dampft bei Heizen dieser Anordnung atomar ab. Bei den schwereren Actinoiden wurde Titan als Deckschicht verwendet. Um einen Actiniumatomstrahl zu erzeugen, wurde aufgrund der hohen Abdampftemperaturen statt Titan erstmals Zirkonium eingesetzt. Bei Protactinium wurde Thorium, welches noch stärkere Reduktionseigenschaften aufweist, als Deckmaterial eingesetzt. Trotzdem gelang es mit der 'Sandwichtechnik' nicht, einen Protactiniumatomstrahl zu erzeugen. In der Flugzeitapparatur wurde lediglich ein Protactinium-monoxidionensignal detektiert. Um ein erst seit kurzem verfügbares Fest-körperlasersystem zu explorieren, wurden zusätzlich noch die bekannten Ionisations-ener-gien von Gadolinium und Plutonium erneut bestimmt. Die gemessenen Werte stimmen mit Literaturdaten gut überein.Ferner wurde noch ein bestehender Trennungsgang für Plutonium aus Umweltproben auf die Matrices Meerwasser und Hausstaub angepasst und für die Bestimmung von Plutonium und dessen Isotopenzusammensetzung in verschiedenen Probenreihen mittels RIMS eingesetzt. Der modifizierte Trennungsgang ermöglicht das schnelle Aufarbeiten von großen Probenmengen für Reihenuntersuchungen von Plutoniumkontaminationen. Die ermittelten Gehalten an 239Pu lagen zwischen 8,2*107 Atome pro 10 l Meerwasserprobe und 1,7*109Atome pro Gramm Staubprobe.

Kalorimetrische Tieftemperaturdetektoren für niederenergetische (E 1 MeV/amu) Schwerionen und ihr erster Einsatz in der Beschleuniger-Massenspektrometrie zur Spurenanalyse von 236 U

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zum ersten Mal kalorimetrische Tieftemperatur-Detektoren in der Beschleuniger-Massenspektrometrie (Accelerator Mass Spectrometry AMS), einer Standard-Methode zur Bestimmung kleinster Isotopenverhältnisse, eingesetzt, um das Isotopenverhältnis von 236U zu 238U zu bestimmen. Das Uran-Isotop 236U entsteht in der Neutroneneinfang-Reaktion 235U(n,gamma)236U und kann daher als Monitor-Nuklid für Neutronenflüsse verwendet werden. Die Detektoren bestehen aus einem Saphir-Absorber, auf den ein supraleitender Aluminium-Film aufgedampft ist, der als Thermistor dient. Ein energetisches Schwerion deponiert seine kinetische Energie als Wärme im Absorber, dessen Temperaturänderung durch die Widerstandsänderung des Supraleiters nachgewiesen wird. Mit solchen Detektoren konnte in vorhergehenden Experimenten bei GSI in einem Energiebereich von E = 5 - 300 MeV/amu für eine Vielzahl von Ionen von Neon bis Uran eine relative Energieauflösung von (1 - 4) E-3 erreicht werden. Der für die Beschleuniger-Massenspektrometrie typische Energiebereich liegt bei E = 0.1 - 1 MeV/amu. Im ersten Schritt wurde daher die systematische Untersuchung der Detektoreigenschaften auf diesen Energiebereich ausgedehnt. Diese Untersuchungen sowie die AMS-Messungen wurden am Tandem-Beschleuniger VERA des Instituts für Isotopenforschung und Kernphysik der Universität Wien durchgeführt. In einem Energiebereich von 10 - 60 MeV konnte für verschiedene Ionen (13C, 197Au, 238U) zunächst eine relative Energieauflösung von DeltaE/E = 7 E-3 erreicht werden. Dies übertrifft die Auflösung konventioneller Ionisations-Detektoren um ca. eine Größenordnung. Durch eine Verbesserung thermischer und elektronischer Rauschbeiträge konnte in einem zweiten Experiment für Uran der Energie 17 MeV die Auflösung auf DeltaE/E = 4.6 E-3 verbessert werden. Die Energie-Response des Detektors war linear über den gesamten beobachteten Energiebereich und unabhängig von der Ionenmasse; bis auf ein Niveau von 0.1 % wurde kein Pulshöhendefekt beobachtet. Diese Ergebnisse zeigen, daß solche Detektoren ein wertvolles Werkzeug in der Schwerionenphysik im Bereich relativ niedriger Ionenenergien darstellen. Mit der erreichten Energieauflösung war es möglich, für mehrere Proben aus natürlichem Uran das Isotopenverhältnis 236U/238U zu bestimmen: Um einen Material-Standard für Uran in der AMS zu etablieren, wurde das Isotopenverhältnis 236U/238U für zwei Proben aus der Mine ''K.u.K. Joachimsthal'' möglichst präzise bestimmt. Die Ergebnisse in der vorliegenden Arbeit stimmen gut mit früheren Messungen überein, die mit einem konventionellen Detektorsystem durchgeführt wurden. Sowohl der statistische als auch der systematische Fehler konnten deutlich reduziert werden. Für eine weitere Probe, extrahiert aus dem Wasser einer Uran-haltigen Quelle in Bad Gastein, wurde ein Isotopenverhältnis von 6.1 E-12 gemessen. Dies stellt das kleinste bislang für 236U/238U gemessene Isotopenverhältnis dar und bedeutet eine Steigerung der Sensitivität um eine Größenordnung. Die erreichte Energieauflösung ermöglicht es außerdem, die Detektoren zur direkten Massenidentifikation von schweren Ionen mittels einer kombinierten Energie-Flugzeit-Messung einzusetzen. In ersten Test-Messungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Massenauflösung von DeltaM/M = (8.5 - 11.0) E-3 erreicht. In einem ersten Test für den Einsatz dieser Detektoren zum Nachweis sog. ''superschwerer Elemente (Z >= 112)'' erlaubte der große dynamische Bereich, die Reaktionsprodukte und ihre nachfolgenden Alpha-Zerfälle mit hoher Energieauflösung simultan und zeitaufgelöst nachzuweisen.

Spurenanalyse von Uran und Plutonium sowie Speziationsuntersuchungen an Plutonium mit massenspektrometrischen und kapillarelektrophoretischen Methoden

Die Elemente Uran und Plutonium besitzen seit Entdeckung der Kernspaltung und der technischen Nutzung der Kernenergie eine globale Bedeutung. So trägt Pu hauptsächlich zur Radiotoxizität von abgebrannten Brennelementen bei und erfordert im Falle einer Endlagerung in einer tiefen geologischen Formation einen sicheren Verschluss für bis zu einer Million Jahre. Das Wissen über die vorliegenden chemischen Spezies ist dabei entscheidend für das Verständnis der chemisch-physikalischen Wechselwirkungen im jeweiligen geochemischen System, insbesondere mit dem Wirtsgestein (hier Ton) und den allgegenwärtigen Huminstoffen (hier Fulvinsäure). Längerfristig sind so Vorhersagen über einen Transport des hochradioaktiven Abfalls nach Auslaugung und Austritt aus einem Endlager bis in die Biosphäre möglich. Gerade der Ultraspurenbereich, im Fernfeld eines Endlagers zu erwarten, ist dabei von besonderem Interesse. Darüber hinaus machen nuklearforensische Untersuchungen – in Hinblick auf illegal benutztes Nuklearmaterial, Schmuggel oder Nuklearterrorismus – zur Bestimmung der Herkunft, des Alters oder der Radiotoxizität isotopenselektive Nachweismethoden im Ultraspurenbereich notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierfür die Resonanzionisationsmassenspektrometrie (RIMS) zur isotopenselektiven Spuren- und Ultraspurenanalyse von U und Pu sowie die Kapillarelektrophorese (CE) gekoppelt an die induktiv gekoppelte Plasma (ICP)-Massenspektrometrie (CE-ICP-MS) zur Speziation von Pu eingesetzt. Für den isotopenselektiven Nachweis von Ultraspurenmengen von Uran mittels RIMS wurden vorbereitende Studien durchgeführt und mehrere zweifach resonante Anregungsleitern mit nicht-resonanter Ionisation untersucht. Eine Effizienz von ca. 10^-10 bei einer Nachweisgrenze von 10^12 Atomen U-238 konnte erzielt werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Radiochemie, TU München, wurde mittels RIMS die Isotopenzusammensetzung von Plutonium, abgetrennt aus einem panzerbrechenden Urangeschoss aus dem Kosovokonflikt, bestimmt und dieses als Waffenplutonium mit einem Gehalt von 15 pg Pu-239/g Uran identifiziert. Rückschlüsse über Herkunft und Alter des Plutoniums konnten daraus gewonnen werden. Für Studien zur Umweltüberwachung von Plutonium in Rheinland-Pfalz wurden Grund-, Oberflächen- und Klärwasserproben mittels RIMS untersucht. Oberhalb der Nachweisgrenze von ca. 10^7 Atomen Pu-239/500 mL konnte kein signifikanter Gehalt bestimmt werden. Zusätzlich wurden Klärschlammproben untersucht, wobei in einer Probe 5,1*10^7 Atome Pu-239/g gemessen wurde, was auf eine Anreicherung von Pu im Klärschlamm aus großen Wasservolumina hindeuten könnte. Speziationsuntersuchungen von Plutonium in Kontakt mit Fulvinsäure und dem Tonmineral Kaolinit wurden in Hinblick auf die Wechselwirkungen im Umfeld eines nuklearen Endlagers durchgeführt. Die Redoxkinetik von Pu(VI) in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure zeigt eine mit steigendem pH zunehmend schnellere und vollständige Reduktion und ein vergleichbares Verhalten zur Huminsäure. Für ein Plutoniumgemisch aus allen vier umweltrelevanten Oxidationsstufen in Kontakt mit Gorleben-Fulvinsäure konnte nach ca. 1 Monat Kontaktzeit eine fasst vollständige Reduktion zum tri- und tetravalenten Pu beobachtet werden. Sorptionsuntersuchungen der stabilsten Oxidationsstufe, Pu(IV), in Kontakt mit Kaolinit bei pH = 0 bis 13 im Konzentrationsbereich 10^-7 bis 10^-9 mol/L verdeutlichen das ausgeprägte Sorptionsverhalten von Pu(IV) (ca. 60% bis 90% Sorption) im umweltrelevanten pH-Bereich bei einem Einsetzen der Sorption bei pH = 0 bis 2. Im Rahmen des "Colloid and Radionuclide Retardation" (CRR) Experiments im Felslabor Grimsel, Schweizer Alpen, wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgung, Karlsruhe, die kolloidgetragene Migration von Pu(IV) in einem Grundwasserstrom durch Scherzonen im Granitgestein unter umweltrelevanten Bedingungen untersucht. Bei Zugabe von im Grundwasser stabilen Bentonitkolloiden – Bentonit wird als ein geeignetes Verschlussmaterial für nukleare Abfälle erforscht – konnte ein erhöhter Transport des Pu(IV) beobachtet werden, der durch Sorption des Pu an die mobilen Kolloide hervorgerufen wird. Zur Speziation von Plutonium im Ultraspurenbereich wurde im Rahmen dieser Arbeit an der Entwicklung der Kopplung der CE mit der sehr sensitiven RIMS gearbeitet. Das Prinzip der offline-Kopplung basiert auf dem Sammeln der zu unterschiedlichen Zeiten am Ende der Kapillare eluierten Oxidationsstufen in einzelnen Fraktionen. Aus jeder Fraktion wird ein eigenes Filament hergestellt und mit RIMS auf seinen Plutoniumgehalt untersucht. Eine erste Validierung der Methode konnte durch Bestimmung der Oxidationsstufenzusammensetzung eines bekannten Gemischs erfolgreich für einen Gehalt von ca. 6*10^9 Atome Pu-239 durchgeführt werden. Dies stellt einen möglichen Zugang zu dem erwarteten Konzentrationsbereich im Fernfeld eines Endlagers dar.

Astrophysikalische Bedingungen für einen r-Prozess im Hoch-Entropie-Wind von Typ II Supernovae

Sterne mit einer Anfangsmasse zwischen etwa 8 und 25 Sonnenmassen enden ihre Existenz mit einer gewaltigen Explosion, einer Typ II Supernova. Die hierbei entstehende Hoch-Entropie-Blase ist ein Bereich am Rande des sich bildenden Neutronensterns und gilt als möglicher Ort für den r-Prozess. Wegen der hohen Temperatur T innerhalb der Blase ist die Materie dort vollkommen photodesintegriert. Das Verhältnis von Neutronen zu Protonen wird durch die Elektronenhäufigkeit Ye beschrieben. Die thermodynamische Entwicklung des Systems wird durch die Entropie S gegeben. Da die Expansion der Blase schnell vonstatten geht, kann sie als adiabatisch betrachtet werden. Die Entropie S ist dann proportional zu T^3/rho, wobei rho die Dichte darstellt. Die explizite Zeitentwicklung von T und rho sowie die Prozessdauer hängen von Vexp, der Expansionsgeschwindigkeit der Blase, ab. Der erste Teil dieser Dissertation beschäftigt sich mit dem Prozess der Reaktionen mit geladenen Teilchen, dem alpha-Prozess. Dieser Prozess endet bei Temperaturen von etwa 3 mal 10^9 K, dem sogenannten "alpha-reichen" Freezeout, wobei überwiegend alpha-Teilchen, freie Neutronen sowie ein kleiner Anteil von mittelschweren "Saat"-Kernen im Massenbereich um A=100 gebildet werden. Das Verhältnis von freien Neutronen zu Saatkernen Yn/Yseed ist entscheidend für den möglichen Ablauf eines r-Prozesses. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem eigentlichen r-Prozess, der bei Neutronenanzahldichten von bis zu 10^27 Neutronen pro cm^3 stattfindet, und innerhalb von maximal 400 ms sehr neutronenreiche "Progenitor"-Isotope von Elementen bis zum Thorium und Uran bildet. Bei dem sich anschliessendem Ausfrieren der Neutroneneinfangreaktionen bei 10^9 K und 10^20 Neutronen pro cm^3 erfolgt dann der beta-Rückzerfall der ursprünglichen r-Prozesskerne zum Tal der Stabilität. Diese Nicht-Gleichgewichts-Phase wird in der vorliegenden Arbeit in einer Parameterstudie eingehend untersucht. Abschliessend werden astrophysikalische Bedingungen definiert, unter denen die gesamte Verteilung der solaren r-Prozess-Isotopenhäufigkeiten reproduziert werden können.

Selektiver Nachweis von Uran-236 mittels hochauflösender Resonanzionisations-Massenspektrometrie

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung, den Aufbau und die Erprobung eines neuartigen lasermassenspektrometrischen Nachweises des Ultraspurenisotops 236U. Das Nuklid 236U wird vorwiegend in Kernreaktoren durch Neutroneneinfang aus 235U gebildet und dient damit als Schlüsselisotop zur Unterscheidung anthropogenen Urans von natürlichem Uran-Vorkommen. Mit seinem Nachweis wird die Untersuchung der Migration von Kernbrennstoff in der Umwelt und die Beantwortung kritischer Fragen in der nuklearen Forensik ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verfahren der hochauflösenden Resonanzionisations-Massenspektrometrie auf die Anforderungen des selektiven Nachweises von Uran-Isotopen angepasst. Wesentliche Schritte waren hierbei die Untersuchung einer effizienten Atomisation von Uran-Proben, die Identifikation atomarer und autoionisierender Zustände für eine resonante Anregungsleiter, die vollständige Spezifikation der Anregungsleiter für alle Uran-Isotope und schließlich die Umsetzung der Erkenntnisse in ein analytisches Messverfahren. Die optische Selektivität des Verfahrens konnte durch Dichtematrixrechnungen zu ca. 14 Größenordnungen abgeschätzt werden; die Nachweisgrenze des Verfahrens für das Isotopenverhältnis 236U / 238U ist dabei gegenwärtig durch Untergrund begrenzt und beträgt ca. 3 · 10−8. Mit diesen Spezifikationen konnte die Linearität und Präzision des Nachweisverfahrens über einen dynamischen Bereich von vier Größenordnungen nachgewiesen werden.

The release of zinc and lead from mine tailings

Mining and processing of metal ores are important causes of soil and groundwater contamination in many regions worldwide. Metal contaminations are a serious risk for the environment and human health. The assessment of metal contaminations in the soil is therefore an important task. A common approach to assess the environmental risk emanating from inorganic contaminations to soil and groundwater is the use of batch or column leaching tests. In this regard, the suitability of leaching tests is a controversial issue. In the first part of this work the applicability and comparability of common leaching tests in the scope of groundwater risk assessment of inorganic contamination is reviewed and critically discussed. Soil water sampling methods (the suction cup method and centrifugation) are addressed as an alternative to leaching tests. Reasons for limitations of the comparability of leaching test results are exposed and recommendations are given for the expedient application of leaching tests for groundwater risk assessment. Leaching tests are usually carried out in open contact with the atmosphere disregarding possible changes of redox conditions. This can affect the original metal speciation and distribution, particularly when anoxic samples are investigated. The influence of sample storage on leaching test results of sulfide bearing anoxic material from a former flotation dump is investigated in a long-term study. Since the oxidation of the sulfide-bearing samples leads to a significant overestimation of metal release, a feasible modification for the conduction of common leaching tests for anoxic material is proposed, where oxidation is prevented efficiently. A comparison of leaching test results to soil water analyzes have shown that the modified saturation soil extraction (SSE) is found to be the only of the tested leaching procedures, which can be recommended for the assessment of current soil water concentrations at anoxic sites if direct investigation of the soil water is impossible due to technical reasons. The vertical distribution and speciation of Zn and Pb in the flotation residues as well as metal concentrations in soil water and plants were investigated to evaluate the environmental risk arising from this site due to the release of metals. The variations in pH and inorganic C content show an acidification of the topsoil with pH values down to 5.5 in the soil and a soil water pH of 6 in 1 m depth. This is due to the oxidation of sulfides and depletion in carbonates. In the anoxic subsoil pH conditions are still neutral and soil water collected with suction cups is in equilibrium with carbonate minerals. Results from extended x-ray absorption fine-structure (EXAFS) spectroscopy confirm that Zn is mainly bound in sphalerite in the subsoil and weathering reactions lead to a redistribution of Zn in the topsoil. A loss of 35% Zn and S from the topsoil compared to the parent material with 10 g/kg Zn has been observed. 13% of total Zn in the topsoil can be regarded as mobile or easily mobilizable according to sequential chemical extractions (SCE). Zn concentrations of 10 mg/L were found in the soil water, where pH is acidic. Electron supply and the buffer capacity of the soil were identified as main factors controlling Zn mobility and release to the groundwater. Variable Pb concentrations up to 30 µg/L were observed in the soil water. In contrast to Zn, Pb is enriched in the mobile fraction of the oxidized topsoil by a factor of 2 compared to the subsoil with 2 g/kg Pb. 80% of the cation exchange capacity in the topsoil is occupied by Pb. Therefore, plant uptake and bioavailability are of major concern. If the site is not prevented from proceeding acidification in the future, a significant release of Zn, S, and Pb to the groundwater has to be expected. Results from this study show that the assessment of metal release especially from sulfide bearing anoxic material requires an extensive comprehension of leaching mechanisms on the one hand and on weathering processes, which influence the speciation and the mobility of metals, on the other hand. Processes, which may change redox and pH conditions in the future, have to be addressed to enable sound decisions for soil and groundwater protection and remediation.