Verhältnisse wie in 750 Kilometern Tiefe

18.11.2013 - Deutschland

Jülicher Wissenschaftler wollen in einer Ultrahochdruckpresse Bedingungen nachstellen, wie sie etwa 750 km tief unter der Erde herrschen. Die Laborexperimente sollen Prozesse bei extrem hohen Drücken und Temperaturen beleuchten und insbesondere das Verhalten von Elementen aus der Gruppe der Actiniden klären. Die 10,6 Tonnen schwere Kolbenpresse wurde per Kran in die Labors des Instituts für Energie- und Klimaforschung gehievt.

Das Gerät des deutschen Herstellers Voggenreiter erzeugt eine Presskraft von 10 Meganewton, was der Gewichtskraft eines Güterzuges von über Tausend Tonnen entspricht. Die Druckkammer, auf die sich diese Kräfte konzentrieren, bemisst nur einige Kubikmillimeter. Damit ist sie nicht größer als ein Stecknadelkopf. Die Drücke darin können Werte von über 240.000 bar erreichen, dazu können Temperaturen von bis zu 2300 Grad Celsius erzielt werden. Zum Vergleich: Der Luftdruck an der Erdoberfläche liegt gerade einmal bei rund 1 bar.

Die neue Experimentieranlage wird vorrangig von der Helmholtz-Nachwuchsgruppe um Prof. Dr. Evgeny Alekseev genutzt werden. Das im Bereich Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit des Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-6) angesiedelte Team will untersuchen, welche chemischen Reaktionen unter Extrembedingungen ablaufen. Die Forscher haben insbesondere Elemente aus der Gruppe der Actiniden im Visier, zu denen auch Thorium, Uran, Neptunium und Plutonium zählen.

Chemische, physikalische und thermodynamische Eigenschaften von Materialien können sich beträchtlich verändern, wenn sie extremen Druck- und Temperaturverhältnissen ausgesetzt werden. Nur wenig ist bisher darüber bekannt, wie Actinide unter solchen Bedingungen reagieren. Insbesondere bei den leichten Vertretern dieser Gruppe ist eine grundlegende Änderung der Elektronenkonfiguration zu erwarten, die das chemische Verhalten mitbestimmt. Einen Schwerpunkt der geplanten Arbeiten bilden Experimente über die Interaktion zwischen Actiniden und Oxosalzen, zu denen etwa Carbonate, Nitrate oder Silikate gehören.

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