HZDR: Radioaktive Elemente im atomaren Detail

Wie verhalten sich radioaktive Elemente, wenn sie in Kontakt mit Mineralen und anderen Feststoffen kommen? Und wie lassen sie sich dauerhaft in stabilen Materialien einschließen? Mit solchen Fragen beschäftigt sich Prof. Nina Huittinen seit vielen Jahren. Für ihre wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der Nuklearchemie erhält sie nun den Fritz-Straßmann-Preis der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Die Auszeichnung wird im Rahmen der Fachgruppentagung Nuklearchemie vom 21. bis 24. September 2026 verliehen.

Am Institut für Ressourcenökologie des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) leitet Huittinen die Abteilung Festphasenchemie der Radionuklide. Im Mittelpunkt ihrer Forschung stehen Actinoide wie Curium und Americium und die Frage, wie diese radioaktiven Elemente mit festen Materialien wechselwirken.

„Nina Huittinen verbindet exzellente radiochemische Grundlagenforschung mit Fragestellungen von großer gesellschaftlicher Relevanz. Der Fritz-Straßmann-Preis würdigt ihre wissenschaftliche Arbeit und zeigt zugleich, wie wichtig langfristig aufgebaute Expertise auf diesem anspruchsvollen Forschungsgebiet ist. Wir freuen uns sehr, dass sie ihre erfolgreiche Forschung am HZDR fortführt“, sagt Prof. Thorsten Stumpf, Direktor des HZDR-Instituts für Ressourcenökologie.

Dabei geht es um Grundlagenforschung mit direktem Bezug zur sicheren Entsorgung radioaktiver Abfälle. Um beurteilen zu können, wie sich radioaktive Stoffe über lange Zeiträume verhalten, muss bekannt sein, welche chemischen Bindungen sie eingehen, wie stabil die entstehenden Strukturen sind und unter welchen Bedingungen Radionuklide in einem Material gebunden bleiben oder daraus freigesetzt werden können.

„Mich fasziniert, dass wir mit spektroskopischen Methoden Vorgänge auf atomarer Ebene sichtbar machen können, die darüber entscheiden, wie sich radioaktive Elemente langfristig in einem Material verhalten. Dieses grundlegende Verständnis brauchen wir, um Materialien für die sichere Entsorgung radioaktiver Abfälle gezielt bewerten und weiterentwickeln zu können“, erklärt Huittinen.

Curium als molekulare Sonde

Eine besondere Rolle in Huittinens Forschung spielt die Lumineszenzspektroskopie. Curium eignet sich dafür besonders gut: Seine Lumineszenz reagiert empfindlich auf Veränderungen seiner unmittelbaren chemischen Umgebung und lässt sich bereits bei sehr geringen Konzentrationen untersuchen. Das radioaktive Element dient den Forschenden damit gewissermaßen als Sonde, die Informationen über ihre Umgebung auf molekularer Ebene liefert.

Huittinen kombiniert die Lumineszenzspektroskopie mit Methoden der Festkörperchemie. So untersucht sie, wie Actinoide in kristalline Materialien eingebaut werden, welche Positionen sie dort einnehmen und wie sich der Einbau auf Struktur und Eigenschaften der Materialien auswirkt.

Welche Möglichkeiten die Curium-Lumineszenzspektroskopie heute bietet, zeigt ein Ende 2025 in der Fachzeitschrift Chemical Society Reviews erschienener Übersichtsartikel, an dem Huittinen beteiligt war. Darin beleuchten die Autorinnen und Autoren die Entwicklung und Anwendung der Methode in den vergangenen zwei Jahrzehnten – von Reaktionen an Mineral-Wasser-Grenzflächen über den Einbau von Curium in Festkörper bis hin zu Komplexbildungsreaktionen in Lösung.

Vom atomaren Detail zur Langzeitsicherheit

Von besonderem Interesse sind keramische Materialien, die sich als stabile Abfallformen für bestimmte radioaktive Abfälle eignen könnten. Entscheidend ist dabei nicht nur, ob sich Radionuklide in ihre Kristallstruktur einbauen lassen. Die Materialien müssen auch langfristig strukturell stabil bleiben und der Strahlung der eingelagerten Radionuklide standhalten.

Indem Huittinen und ihr Team spektroskopische und strukturelle Untersuchungen miteinander verbinden, können sie solche Materialeigenschaften auf Vorgänge auf atomarer Ebene zurückführen. Die Ergebnisse schaffen damit Grundlagen, um die strukturelle Stabilität und Strahlentoleranz keramischer Abfallformen zu bewerten – wichtige Kriterien für die Langzeitsicherheit bei der Entsorgung radioaktiver Abfälle.

Von Dresden nach Berlin – und weiterhin am HZDR

Huittinen promovierte 2013 an der Universität Helsinki über die Wechselwirkungen dreiwertiger Actinoide an Mineral-Wasser-Grenzflächen. Anschließend kam sie als Postdoktorandin an das Institut für Ressourcenökologie des HZDR, wo sie später eine eigene Forschungsgruppe und schließlich eine Abteilung leitete. Seit 2024 ist sie Professorin für Radiochemie an der Freien Universität Berlin.

Dem HZDR ist Huittinen weiterhin eng verbunden: Als Leiterin der Abteilung „Festphasenchemie der Radionuklide“ am Institut für Ressourcenökologie setzt sie ihre Forschung an radioaktiven Festkörpern gemeinsam mit Kolleg*innen in Dresden fort.

Mit dem Fritz-Straßmann-Preis zeichnet die Fachgruppe Nuklearchemie der GDCh etablierte Wissenschaftler*innen für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Nuklearchemie aus. Der in der Regel alle vier Jahre vergebene und mit 2.500 Euro dotierte Preis erinnert an den Chemiker Fritz Straßmann. Gemeinsam mit Otto Hahn gelang ihm 1938 der experimentelle Nachweis der Kernspaltung; die physikalische Erklärung lieferten kurz darauf Lise Meitner und Otto Frisch.

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Weitere Informationen:

Prof. Nina Maria Huittinen | Leiterin Festphasenchemie der Radionuklide
Institut für Ressourcenökologie am HZDR
Tel.: +49 351 260 2148 | E-Mail: n.huittinen@hzdr.de

Medienkontakt:

Simon Schmitt | Leitung und Pressesprecher
Abteilung Kommunikation und Medien am HZDR
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Über das HZDR

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:

• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?

Das HZDR entwickelt und betreibt große Infrastrukturen, die auch von externen Messgästen genutzt werden: Ionenstrahlzentrum, Hochfeld-Magnetlabor Dresden und ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen. Es ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, hat sieben Standorte (Dresden, Freiberg, Görlitz, Grenoble, Leipzig, Rostock, Schenefeld bei Hamburg) und beschäftigt fast 1.500 Mitarbeiter*innen – davon etwa 700 Wissenschaftler*innen inklusive 200 Doktorand*innen.