Die im Reticulorumen als Endprodukte der mikrobiellen Fermentation in großen Mengen anfallenden und direkt resorbierten kurzkettigen Fettsäuren Acetat, Propionat und Butyrat spielen für den Wiederkäuer eine zentrale Rolle bei der Deckung seines Energiebedarfs. Trotz dieser herausragenden Bedeutung der SCFA-Resorption gibt es heute noch kein generell anerkanntes Modell für die Transportwege kurzkettiger Fettsäuren im Pansenepithel. In dieser Arbeit wurde die apikale Aufnahme von radioaktiv markiertem Acetat in das Pansenepithel gemessen. Acetat ist die mengenmäßig bedeutendste kurzkettige Fettsäure. Zusätzlich wurden elektrophysiologische Studien zur Erfassung des transepithelialen Kurzschlussstromes und der transepithelialen Leitfähigkeit mit Hilfe der Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Aufgrund der Tatsache, dass der extra- und intrazelluläre pH-Wert und die Aufnahme kurzkettiger Fettsäuren in das Pansenepithel einander gegenseitig beeinflussen, wurden zusätzlich Messungen des intrazellulären pH-Wertes an primärkultivierten Pansenepithelzellen durchgeführt. In Ergänzung der funktionellen Untersuchungen wurde das Vorhandensein potentieller SCFA-Transportproteine auf mRNA-Ebene molekularbiologisch untersucht. Bezüglich der anionischen Acetatresorption in das Pansenepithel des Schafes konnten folgende Befunde erhoben werden: ? Ein Teil der Acetataufnahme erfolgt bikarbonatabhängig. Dieser bikarbonatabhängige Mechanismus stellte sich im Rahmen der funktionellen Untersuchungen als nitrat- und nifluminsäuresensitiv dar. ? Ein weiterer Teil der Acetataufnahme erwies sich als bikarbonatunabhängig aber ebenfalls nitrat- und nifluminsäuresensitiv. ? Die Messungen des intrazellulären pH-Wertes (pHi) zeigten, dass der hemmende Einfluss von Nitrat auf die Acetataufnahme nicht durch eine Beeinflussung des pHi hervorgerufen wurde. Nifluminsäure veränderte zwar den pHi, die Untersuchungen der Acetataufnahme machten aber deutlich, dass Nifluminsäure keine additive Wirkung zu Nitrat hatte. ? Die Messung des transepithelialen Kurzschlussstromes (Isc) zeigte, dass es nach mukosaler Acetatzugabe in bikarbonatfreier Lösung zu einem signifikanten Abfall des Isc kam. Bei Berechnung der Acetatmenge, die diesem Isc-Abfall zugrunde lag, war festzustellen, dass dieser elektrogene Teil der bikarbonatunabhängigen Acetataufnahme wahrscheinlich nur ca. 3% der insgesamt erfolgten bikarbonatunabhängigen Acetataufnahme ausmacht. ? Im Rahmen der intrazellulären pH-Wertmessungen zeigte sich nach Entfernen von extrazellulärem Chlorid in HCO3--haltiger Lösung eine starke, reversible Alkalisierung der Zellen. ? Auf mRNA Ebene gelang erstmals der Nachweis der Carrierproteine DRA (SLC26A3),PAT1 (SLC26A6), SMCT1 (SLC5A8) und auch des CFTR sowie der potentiellen Anionenleitfähigkeiten ClC2, ClC4 und ClC5 im Pansenepithel des Schafes. ? Mit Hilfe der Semiquantifizierung konnte eine unterschiedliche Expression von NBC, MCT1,DRA und PAT1 auf mRNA-Ebene im Pansengewebe und in den primärkultivierten Pansenepithelzellen nachgewiesen werden. Dabei waren DRA und MCT1 im Pansengewebe, NBC und PAT1 hingegen in den kultivierten Pansenepithelzellen signifikant stärker exprimiert. Bei NHE1 und AE2 zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Pansengewebe und kultivierten Pansenepithelzellen. Die Sensitivität der bikarbonatabhängigen und der bikarbonatunabhängigen Acetataufnahme gegenüber Nitrat und Nifluminsäure zeigte, dass an beiden Transportwegen ein (oder mehrere)Protein(e) beteiligt ist (sind). Damit konnte mit Hilfe der Uptake-Technik die Existenz eines SCFA-/HCO3--Austauschers weiter verifiziert werden. Der funktionelle Nachweis einer bikarbonatunabhängigen proteinvermittelten apikalen SCFA-Aufnahme stellt für das Pansenepithel eine völlig neue Erkenntnis dar. An den kultivierten Pansenepithelzellen konnten Hinweise für die Existenz eines Cl-/HCO3--Austauschers erhoben werden. Das Vorhandensein eines SCFA-/HCO3--Austauschers in den kultivierten Zellen kann aufgrund der hier durchgeführten Untersuchungen nicht eindeutig bestätigt werden, da die Veränderungen des pHi auch auf die Diffusion der undissoziierten Säure zurückgeführt werden können. Möglicherweise ist ein SCFA-/HCO3--Austauscher in den kultivierten Pansenepithelzellen aufgrund des Fehlens von SCFA im Kulturmedium herabreguliert.In der vorliegenden Arbeit konnten verschiedene Proteine (DRA, PAT1, CFTR, ClC2, 4 und 5 sowie SMCT1) erstmals auf mRNA-Ebene im Pansenepithel des Schafes nachgewiesen werden. Alle diese Proteine könnten potentiell am Transport von SCFA durch das Pansenepithel beteiligt sein. Eine vollständige Struktur-Funktions-Beziehung konnte in der vorliegenden Arbeit nicht geklärt werden. Bezieht man aber die Ergebnisse der Semiquantifizierung in die Betrachtung der Ergebnisse der pHi-Messung und der Ussing-Kammer Untersuchung mit ein, so wäre ein Modell denkbar, in dem der PAT1 vorwiegend als Cl-/HCO3--Austauscher, der DRA, der in den kultivierten Pansenepithelzellen im Rahmen der Semiquantifizierung nicht nachgewiesen werden konnte,hingegen vorwiegend als apikaler SCFA-/HCO3--Austauscher fungiert. Die bikarbonatunabhängige proteinvermittelte apikale Acetataufnahme scheint zum größten Teil elektroneutral zu erfolgen. Als Protein könnte eine MCT-Isoform daran beteiligt sein. Ein geringer Anteil der transepithelialen bikarbonatunabhängigen Acetatresorption scheint elektrogen zu erfolgen. Hier wäre sowohl die Beteiligung einer Anionenleitfähigkeit (z.B. der CFTR) als auch die Beteiligung eines elektrogenen Carriers (z.B. der SMCT1) denkbar.

Slutförvaring av använt kärnbränsle måste vara säker under 100 000 år eller mer för att förhindra att miljön skadas och att människor påverkas av långlivade radionuklider. Även om anläggningar för geologiskt djupförvar är utformade för att vara hållbara i många år, kan använt kärnbränsle komma i kontakt med grundvattnet i händelse av att flera barriärer brister. Det använda kärnbränslets inneboende radioaktivitet orsakar radiolys av inträngande grundvatten som producerar oxiderande och reducerande ämnen. Bland de radiolysprodukter som bildas rapporteras väteperoxid (H2O2) som en av de främsta orsakerna till oxidativ upplösning av bränslematrisen, UO2. Även om UO2 har låg löslighet i anoxiskt grundvatten, har oxiderad UO2, UO22+, flera storleksordningar högre löslighet. Detta utgör en risk för att radionukliderna släpps ut i miljön. Bikarbonat (HCO3-) är en av de viktigaste komponenterna i grundvatten och är känd för att öka upplösningen av UO22+. I denna studie undersöktes därför effekterna av HCO3- koncentrationen på den oxidativa upplösningen av UO2 genom att hålla den ursprungliga mängden H2O2 konstant på 0,2 mM och ändra HCO3- koncentrationen (1 mM, 2 mM, 5 mM och 10 mM). Dessutom undersöktes effekten av UO22+ på specieringen av H2O2 genom att tillsätta uranylnitrat (UO2(NO3)2 x 6H2O) till systemen innan de exponerades för H2O2. Specieringens inverkan på kinetiken för oxidativ upplösning av UO2 analyserades. Som ett resultat av experimenten har man dragit slutsatsen att mängden upplöst UO22+ är högre vid högre HCO3- koncentration. Dessutom minskar upplösningshastigheten för UO22+ med initial tillsats av UO22+ på grund av de komplex som bildas i systemen. Det observerades att oxidation av UO2 är den hastighetsbegränsande reaktionen i början av exponeringen, och att upplösningen av UO22+ därför fördröjs. Å andra sidan har man sett att bristen på HCO3- begränsar systemens upplösningsförmåga. Fri H2O2 är den dominerande formen av peroxid i systemen utan initialt tillsatt UO22+, medan -6 och -2 laddade komplex är dominerande i systemen med initialt tillsatt UO22+. H2O2-komplexen är mer effektiva på ytmekanismen i de system som har lägre HCO3- koncentration. Det finns ingen observerbar trend i H2O2-förbrukningshastigheten med avseende på HCO3-koncentrationen. Därför drogs slutsatsen att H2O2-förbrukningen är oberoende av upplösningsreaktionen. Slutligen följer upplösningen i systemet utan ursprungligt tillsatt UO22+ första ordningens kinetik med avseende på HCO3- koncentrationen. / Disposal of spent nuclear fuels is of great importance to prevent the environment and humans from being affected by long-lived radionuclides for 100,000 years or more. Even though the deep geological repositories are designed to remain durable for many years, spent nuclear fuel may come in contact with groundwater in case of a multi-barrier failure. The inherent radioactivity of spent nuclear fuel causes water radiolysis producing oxidizing and reducing agents. Among the radiolysis products, hydrogen peroxide (H2O2) is reported as a primary contributor to the oxidative dissolution of the fuel matrix, UO2. Although UO2 has low solubility in water, oxidized UO2, UO22+ , has several orders of magnitude higher solubility. This poses the risk of the radionuclides being released into the environment. Bicarbonate (HCO3–) is one of the main components of groundwater and is known to increase the dissolution of UO22+. Therefore, in this study, the effects of HCO3– concentration on the oxidative dissolution of UO2 were investigated by keeping the initial amount of H2O2 constant at 0.2 mM and changing the HCO3– concentration (1 mM, 2 mM, 5mM, and 10 mM). Besides, the effect of UO22+ on the speciation was investigated by adding uranyl nitrate (UO2(NO3)2 x 6H2O) to the systems before exposure to H2O2. The impact of speciation on the kinetics of oxidative dissolution of UO2 was analyzed. As a result of experiments, it has been concluded that the amount of dissolved UO22+ is higher in higher HCO3– concentration. Also, the rate of the UO22+ dissolution decreases with addition of UO22+ due to the complexes formed in the systems. It was observed that oxidation of UO2 is the rate limiting reaction atthe beginning of the exposure; therefore, there is a delay in the UO22+ dissolution. On the other hand, it has been seen that the HCO3– deficiency limits the dissolution capacity of the systems. Free H2O2 is the dominant peroxide species in the systems without initially added UO22+ , while -6 and -2 charged complexes are dominant in the systems with initially added UO22+. The H2O2 complexes are found more effective on the surface mechanism in the systems having lower HCO3– concentration. There is no observable trend in H2O2 consumption rate with respect to HCO3– concentration. Therefore, it was concluded that the H2O2 consumption rate is independent of dissolution reaction. Finally, the dissolution in the system without initially added UO22+ follows the first-order kinetics with respect to HCO3– concentration.

One of the most essential resources for life on our planet is water. A concern for water resource sustainability has shifted towards the sustainable development of clean water body resource (SWDF, 2009). Data for the Vaal River water chemistry is in abundance. However, research on the historic natural conditions influencing the inorganic water quality, is not as extensive. Inorganic data was obtained from the Department of Water Affairs, for the period 1972 to 2011, for identified monitoring stations along the Vaal River. Water quality was evaluated using various geochemical techniques to analyse the data. The results of the study indicate that the water chemistry of the Vaal River is controlled by: 1. Chemical weathering of siliceous sediment, intrusive igneous rocks and metamorphic rocks (Na+, K+, Mg2+, Ca2+ and (HCO3)-). 2. Anthropogenic influences increasing the sulphate (SO4) concentration There is no major increase in ion concentrations for the stations. However the concentrations of bicarbonate (HCO3)- and SO4 change as it progresses downstream from the first upstream station to the last downstream station. Based on the chemical characterisation, three groups have been identified. (1) Group 1 stations appear to suggest a higher influence in chemical weathering than the group 2 stations. (2) Group 2 stations appear to suggest a greater influence from SO4. (3) Group 3 stations appear to suggest an influence from both the bicarbonate and the SO4 influences. Geographically the chemical weathering is an indication of the three different groups with strong anthropogenic influences in the middle group. The water chemistry for the Vaal River is controlled by two processes, namely chemical weathering and anthropogenic influences. The prominent indication of the difference in these two influences can be seen between group 1 and group 2. A secondary conclusion indicates that a total dissolved solid (TDS) alone is not an accurate representation of anthropogenic influence (or poor water quality) on inorganic water quality of the Vaal River. The natural weathering or geological influences appears to play a more dominant role in certain sections or catchments with lower contributions from anthropogenic influences. / MSc (Environmental Sciences), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

One of the most essential resources for life on our planet is water. A concern for water resource sustainability has shifted towards the sustainable development of clean water body resource (SWDF, 2009). Data for the Vaal River water chemistry is in abundance. However, research on the historic natural conditions influencing the inorganic water quality, is not as extensive. Inorganic data was obtained from the Department of Water Affairs, for the period 1972 to 2011, for identified monitoring stations along the Vaal River. Water quality was evaluated using various geochemical techniques to analyse the data. The results of the study indicate that the water chemistry of the Vaal River is controlled by: 1. Chemical weathering of siliceous sediment, intrusive igneous rocks and metamorphic rocks (Na+, K+, Mg2+, Ca2+ and (HCO3)-). 2. Anthropogenic influences increasing the sulphate (SO4) concentration There is no major increase in ion concentrations for the stations. However the concentrations of bicarbonate (HCO3)- and SO4 change as it progresses downstream from the first upstream station to the last downstream station. Based on the chemical characterisation, three groups have been identified. (1) Group 1 stations appear to suggest a higher influence in chemical weathering than the group 2 stations. (2) Group 2 stations appear to suggest a greater influence from SO4. (3) Group 3 stations appear to suggest an influence from both the bicarbonate and the SO4 influences. Geographically the chemical weathering is an indication of the three different groups with strong anthropogenic influences in the middle group. The water chemistry for the Vaal River is controlled by two processes, namely chemical weathering and anthropogenic influences. The prominent indication of the difference in these two influences can be seen between group 1 and group 2. A secondary conclusion indicates that a total dissolved solid (TDS) alone is not an accurate representation of anthropogenic influence (or poor water quality) on inorganic water quality of the Vaal River. The natural weathering or geological influences appears to play a more dominant role in certain sections or catchments with lower contributions from anthropogenic influences. / MSc (Environmental Sciences), North-West University, Potchefstroom Campus, 2015

<p>The kinetics for radiation induced dissolution of spent nuclear fuel is a key issue in the safety assessment of a future deep repository. Spent nuclear fuel mainly consists of UO₂ and therefore the release of radionuclides (fission products and actinides) is assumed to be governed by the oxidation and subsequent dissolution of the UO₂ matrix. The process is influenced by the dose rate in the surrounding groundwater (a function of fuel age and burn up) and on the groundwater composition. In this licentiate thesis the effects of HCO₃- (a strong complexing agent for UO2²⁺) and ionic strength on the kinetics of UO₂ oxidation and dissolution of oxidized UO₂ have been studied experimentally.</p><p>The experiments were performed using aqueous UO₂particle suspensions where the oxidant concentration was monitored as a function of reaction time. These reaction systems frequently display first order kinetics. Second order rate constants were obtained by varying the solid UO₂surface area to solution volume ratio and plotting the resulting pseudo first order rate constants against the surface area to solution volume ratio. The oxidants used were H₂O₂(the most important oxidant under deep repository conditions), MnO₄- and IrCl₆^2-. The kinetics was studied as a function of HCO₃- concentration and ionic strength (using NaCl and Na₂SO₄as electrolytes).</p><p>The rate constant for the reaction between H₂O₂ and UO₂ was found to increase linearly with the HCO3- concentration in the range 0-1 mM. Above 1 mM the rate constant is independent of the HCO3- concentration. The HCO₃- concentration independent rate constant is interpreted as being the true rate constant for oxidation of UO₂ by H₂O₂ [(4.4 ± 0.3) x 10-6 m min-1] while the HCO3- concentration dependent rate constant is used to estimate the rate constant for HCO₃- facilitated dissolution of UO₂2+ (oxidized UO₂) [(8.8 ± 0.5) x 10-3 m min-1]. From experiments performed in suspensions free from HCO₃- the rate constant for dissolution of UO₂2+ was also determined [(7 ± 1) x 10^-8mol m^-2 s^-1]. These rate constants are of significant importance for simulation of spent nuclear fuel dissolution.</p><p>The rate constant for the oxidation of UO₂ by H₂O₂ (the HCO₃- concentration independent rate constant) was found to be independent of ionic strength. However, the rate constant for dissolution of oxidized UO₂ displayed ionic strength dependence, namely it increases with increasing ionic strength.</p><p>The HCO₃- concentration and ionic strength dependence for the anionic oxidants is more complex since also the electron transfer process is expected to be ionic strength dependent. Furthermore, the kinetics for the anionic oxidants is more pH sensitive. For both MnO₄- and IrCl₆2- the rate constant for the reaction with UO₂was found to be diffusion controlled at higher HCO3- concentrations (~0.2 M). Both oxidants also displayed ionic strength dependence even though the HCO₃- independent reaction could not be studied exclusively.</p><p>Based on changes in reaction order from first to zeroth order kinetics (which occurs when the UO₂ surface is completely oxidized) in HCO₃- deficient systems the oxidation site density of the UO₂ powder was determined. H₂O₂and IrCl₆2- were used in these experiments giving similar results [(2.1 ± 0.1) x 10-4 and (2.7 ± 0.5) x 10^-4 mol m^-2, respectively].</p>

Die im Reticulorumen als Endprodukte der mikrobiellen Fermentation in großen Mengen anfallenden und direkt resorbierten kurzkettigen Fettsäuren Acetat, Propionat und Butyrat spielen für den Wiederkäuer eine zentrale Rolle bei der Deckung seines Energiebedarfs. Trotz dieser herausragenden Bedeutung der SCFA-Resorption gibt es heute noch kein generell anerkanntes Modell für die Transportwege kurzkettiger Fettsäuren im Pansenepithel. In dieser Arbeit wurde die apikale Aufnahme von radioaktiv markiertem Acetat in das Pansenepithel gemessen. Acetat ist die mengenmäßig bedeutendste kurzkettige Fettsäure. Zusätzlich wurden elektrophysiologische Studien zur Erfassung des transepithelialen Kurzschlussstromes und der transepithelialen Leitfähigkeit mit Hilfe der Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Aufgrund der Tatsache, dass der extra- und intrazelluläre pH-Wert und die Aufnahme kurzkettiger Fettsäuren in das Pansenepithel einander gegenseitig beeinflussen, wurden zusätzlich Messungen des intrazellulären pH-Wertes an primärkultivierten Pansenepithelzellen durchgeführt. In Ergänzung der funktionellen Untersuchungen wurde das Vorhandensein potentieller SCFA-Transportproteine auf mRNA-Ebene molekularbiologisch untersucht. Bezüglich der anionischen Acetatresorption in das Pansenepithel des Schafes konnten folgende Befunde erhoben werden: ? Ein Teil der Acetataufnahme erfolgt bikarbonatabhängig. Dieser bikarbonatabhängige Mechanismus stellte sich im Rahmen der funktionellen Untersuchungen als nitrat- und nifluminsäuresensitiv dar. ? Ein weiterer Teil der Acetataufnahme erwies sich als bikarbonatunabhängig aber ebenfalls nitrat- und nifluminsäuresensitiv. ? Die Messungen des intrazellulären pH-Wertes (pHi) zeigten, dass der hemmende Einfluss von Nitrat auf die Acetataufnahme nicht durch eine Beeinflussung des pHi hervorgerufen wurde. Nifluminsäure veränderte zwar den pHi, die Untersuchungen der Acetataufnahme machten aber deutlich, dass Nifluminsäure keine additive Wirkung zu Nitrat hatte. ? Die Messung des transepithelialen Kurzschlussstromes (Isc) zeigte, dass es nach mukosaler Acetatzugabe in bikarbonatfreier Lösung zu einem signifikanten Abfall des Isc kam. Bei Berechnung der Acetatmenge, die diesem Isc-Abfall zugrunde lag, war festzustellen, dass dieser elektrogene Teil der bikarbonatunabhängigen Acetataufnahme wahrscheinlich nur ca. 3% der insgesamt erfolgten bikarbonatunabhängigen Acetataufnahme ausmacht. ? Im Rahmen der intrazellulären pH-Wertmessungen zeigte sich nach Entfernen von extrazellulärem Chlorid in HCO3--haltiger Lösung eine starke, reversible Alkalisierung der Zellen. ? Auf mRNA Ebene gelang erstmals der Nachweis der Carrierproteine DRA (SLC26A3),PAT1 (SLC26A6), SMCT1 (SLC5A8) und auch des CFTR sowie der potentiellen Anionenleitfähigkeiten ClC2, ClC4 und ClC5 im Pansenepithel des Schafes. ? Mit Hilfe der Semiquantifizierung konnte eine unterschiedliche Expression von NBC, MCT1,DRA und PAT1 auf mRNA-Ebene im Pansengewebe und in den primärkultivierten Pansenepithelzellen nachgewiesen werden. Dabei waren DRA und MCT1 im Pansengewebe, NBC und PAT1 hingegen in den kultivierten Pansenepithelzellen signifikant stärker exprimiert. Bei NHE1 und AE2 zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen Pansengewebe und kultivierten Pansenepithelzellen. Die Sensitivität der bikarbonatabhängigen und der bikarbonatunabhängigen Acetataufnahme gegenüber Nitrat und Nifluminsäure zeigte, dass an beiden Transportwegen ein (oder mehrere)Protein(e) beteiligt ist (sind). Damit konnte mit Hilfe der Uptake-Technik die Existenz eines SCFA-/HCO3--Austauschers weiter verifiziert werden. Der funktionelle Nachweis einer bikarbonatunabhängigen proteinvermittelten apikalen SCFA-Aufnahme stellt für das Pansenepithel eine völlig neue Erkenntnis dar. An den kultivierten Pansenepithelzellen konnten Hinweise für die Existenz eines Cl-/HCO3--Austauschers erhoben werden. Das Vorhandensein eines SCFA-/HCO3--Austauschers in den kultivierten Zellen kann aufgrund der hier durchgeführten Untersuchungen nicht eindeutig bestätigt werden, da die Veränderungen des pHi auch auf die Diffusion der undissoziierten Säure zurückgeführt werden können. Möglicherweise ist ein SCFA-/HCO3--Austauscher in den kultivierten Pansenepithelzellen aufgrund des Fehlens von SCFA im Kulturmedium herabreguliert.In der vorliegenden Arbeit konnten verschiedene Proteine (DRA, PAT1, CFTR, ClC2, 4 und 5 sowie SMCT1) erstmals auf mRNA-Ebene im Pansenepithel des Schafes nachgewiesen werden. Alle diese Proteine könnten potentiell am Transport von SCFA durch das Pansenepithel beteiligt sein. Eine vollständige Struktur-Funktions-Beziehung konnte in der vorliegenden Arbeit nicht geklärt werden. Bezieht man aber die Ergebnisse der Semiquantifizierung in die Betrachtung der Ergebnisse der pHi-Messung und der Ussing-Kammer Untersuchung mit ein, so wäre ein Modell denkbar, in dem der PAT1 vorwiegend als Cl-/HCO3--Austauscher, der DRA, der in den kultivierten Pansenepithelzellen im Rahmen der Semiquantifizierung nicht nachgewiesen werden konnte,hingegen vorwiegend als apikaler SCFA-/HCO3--Austauscher fungiert. Die bikarbonatunabhängige proteinvermittelte apikale Acetataufnahme scheint zum größten Teil elektroneutral zu erfolgen. Als Protein könnte eine MCT-Isoform daran beteiligt sein. Ein geringer Anteil der transepithelialen bikarbonatunabhängigen Acetatresorption scheint elektrogen zu erfolgen. Hier wäre sowohl die Beteiligung einer Anionenleitfähigkeit (z.B. der CFTR) als auch die Beteiligung eines elektrogenen Carriers (z.B. der SMCT1) denkbar.

The kinetics for radiation induced dissolution of spent nuclear fuel is a key issue in the safety assessment of a future deep repository. Spent nuclear fuel mainly consists of UO2 and therefore the release of radionuclides (fission products and actinides) is assumed to be governed by the oxidation and subsequent dissolution of the UO2 matrix. The process is influenced by the dose rate in the surrounding groundwater (a function of fuel age and burn up) and on the groundwater composition. In this licentiate thesis the effects of HCO3- (a strong complexing agent for UO22+) and ionic strength on the kinetics of UO2 oxidation and dissolution of oxidized UO2 have been studied experimentally. The experiments were performed using aqueous UO2 particle suspensions where the oxidant concentration was monitored as a function of reaction time. These reaction systems frequently display first order kinetics. Second order rate constants were obtained by varying the solid UO2 surface area to solution volume ratio and plotting the resulting pseudo first order rate constants against the surface area to solution volume ratio. The oxidants used were H2O2 (the most important oxidant under deep repository conditions), MnO4- and IrCl62-. The kinetics was studied as a function of HCO3- concentration and ionic strength (using NaCl and Na2SO4 as electrolytes). The rate constant for the reaction between H2O2 and UO2 was found to increase linearly with the HCO3- concentration in the range 0-1 mM. Above 1 mM the rate constant is independent of the HCO3- concentration. The HCO3- concentration independent rate constant is interpreted as being the true rate constant for oxidation of UO2 by H2O2 [(4.4 ± 0.3) x 10-6 m min-1] while the HCO3- concentration dependent rate constant is used to estimate the rate constant for HCO3- facilitated dissolution of UO22+ (oxidized UO2) [(8.8 ± 0.5) x 10-3 m min-1]. From experiments performed in suspensions free from HCO3- the rate constant for dissolution of UO22+ was also determined [(7 ± 1) x 10-8 mol m-2 s-1]. These rate constants are of significant importance for simulation of spent nuclear fuel dissolution. The rate constant for the oxidation of UO2 by H2O2 (the HCO3- concentration independent rate constant) was found to be independent of ionic strength. However, the rate constant for dissolution of oxidized UO2 displayed ionic strength dependence, namely it increases with increasing ionic strength. The HCO3- concentration and ionic strength dependence for the anionic oxidants is more complex since also the electron transfer process is expected to be ionic strength dependent. Furthermore, the kinetics for the anionic oxidants is more pH sensitive. For both MnO4- and IrCl62- the rate constant for the reaction with UO2 was found to be diffusion controlled at higher HCO3- concentrations (~0.2 M). Both oxidants also displayed ionic strength dependence even though the HCO3- independent reaction could not be studied exclusively. Based on changes in reaction order from first to zeroth order kinetics (which occurs when the UO2 surface is completely oxidized) in HCO3- deficient systems the oxidation site density of the UO2 powder was determined. H2O2 and IrCl62- were used in these experiments giving similar results [(2.1 ± 0.1) x 10-4 and (2.7 ± 0.5) x 10-4 mol m-2, respectively]. / QC 20101116

Le but de cette étude est de développer une méthodologie permettant d'obtenir le pH des paléofluides du système H2O-CO2-HCO3--NaCl dans leurs conditions P-T de circulation. Ceci combine une approche expérimentale pour le calibrage d'une méthode analytique, la spectrométrie Raman et une modélisation numérique pour l'interprétation quantitative des équilibres de phase ou d'espèces chimiques. Les techniques analytiques utilisées en routine pour l'étude des inclusions fluides, comme la microthermométrie et la micro-spectrométrie Raman sont utilisées pour la détermination des concentrations. Les expériences sont basées à la fois sur l'utilisation d'inclusions fluides synthétiques fabriquées dans des cristaux de quartz et sur une nouvelle méthode de synthèse de fluides dans des capillaires de silice pure. La technique des fluides contenus dans des capillaires de silice pure peut être appliquée dans une gamme de pressions, jusqu'à 2 ou 3 Kbar à température ambiante, et de températures au moins jusqu'à 400°C sous 2 Kbar de pression. Le protocole expérimental de chargement des fluides du système H2O-CO2-HCO3--NaCl et les méthodes de quantification sont élaborées et validées. La modélisation numérique est basée sur le modèle de Pitzer pour décrire la phase liquide aqueuse, en particulier les coefficients d'activité de chaque espèce chimique des espèces présentes dans la phase aqueuse. L'équation d'état de Duan est utilisée pour le calcul des propriétés P-V-T-X des phases liquide et vapeur dans le sous-système H2O-CO2-NaCl. Les conditions d'application du modèle de Pitzer dans le champ température-pression sont respectivement comprises entre 273 et 523 K et 0 et 2000 bar. La gamme de concentration en NaCl de notre modèle est comprise entre 0 et 5 molal, gamme qui correspond aux températures de fusion de la glace (Tmice) comme dernière phase. La détermination de la concentration des espèces HCO3- et CO2 est réalisée à l'aide de la micro-spectrométrie Raman et est calibrée grâce à l'utilisation des standards que sont les inclusions fluides synthétiques et la technique des capillaires de silice fondue. Un programme de calcul utilisant les modèles de Pitzer et de Duan est réalisé afin d'interpréter i) la température de fusion de la glace et la concentration en bicarbonate en termes de concentration de NaCl et ii) la température d'homogénéisation globale en termes de volume molaire global et de pression à la température d'homogénéisation. Ensuite, la spéciation du fluide est calculée le long de l'isochore à la température de piégeage si celle-ci est inférieure à 250°C. Une première application au gisement d'or de Mokrsko dans le massif de Bohême est discutée / The aim of this study is to develop the methodology to get the pH values of the palaeo-circulation in the system H2O-CO2-HCO3--NaCl in the P-T conditions of circulation. It combines the use of an experimental approach for calibrating the analytical method, Raman spectrometry, and numerical modelling for the quantitative interpretation of phase and chemical species equilibria. The routine analytical techniques for fluid inclusions are used to carry out the experimental analyses, such as microthermometry and micro-Raman spectroscopy. Experiments are based both on the use of synthetic fluid inclusions produced in quartz crystal and a new method to make synthetic fluids in fused-silica glass capillary. The synthetic fluid in silica glass capillary can be applied to a wide range of pressure (up to 2 to 3 kbar) at room temperature and temperature (as high as at least 673 K). The experimental protocol of capillary loading with different chemical species in the system H2O-CO2-HCO3--NaCl and the methods to quantify their amount are elaborated and validated. Numerical modelling is based on the use of the Pitzer model to describe the liquid aqueous phase, especially the activity coefficients of each chemical species in the liquid aqueous phase. The Duan equation of state is used for the P-V-T-X properties of the liquid and vapour phases in the simplified subsystem H2O-CO2-NaCl. The application pressure and temperature ranges of the model are respectively 273 to 523 K, and 0 to 2000 bar. Range of NaCl concentration is between 0 and 5 molal and corresponds to the range of ice melting temperature (Tmice). The determination of the concentration of aqueous species HCO3- and CO2 is performed by using micro-Raman spectrometry and is calibrated with using the standards of synthetic fluid inclusion and silica glass capillary. A software program based on the Pitzer and Duan models has been done for the interpretation of i) ice melting temperature (Tmice) and bicarbonate concentration in terms of NaCl concentration, and ii) total homogenisation temperature in terms of bulk molar volume and pressure at homogenisation temperature. Then speciation of the fluid is calculated along the isochore till the trapping temperature if lower than 250 °C. A first application to the Mokrsko gold deposit in Bohemian Massif is done and discussed

Les glioblastomes (GBM) sont les formes les plus agressives de tumeurs gliales avec une survie médiane des patients traités n’excédant pas 2 ans. Ce mauvais pronostic est dû, entre autres, à l’hétérogénéité de ces tumeurs avec la présence de cellules souches cancéreuses (CSCs) en prolifération ou quiescentes, particulièrement résistantes aux traitements conventionnels. Cibler ces cellules au sein du microenvironment tumoral hypoxique et acides fait donc partie des thérapies d’avenir des GBMs. Le laxatif bisacodyl a été identifié par criblage de la chimiothèque Prestwick comme un composé induisant la mort par nécrose des CSCs de glioblastome (GSCs en prolifération et en quiescence), uniquement dans des conditions de faible acidité retrouvées également au sein des tumeurs. Une activité antitumorale in vivo a également été démontrée pour ce composé. Cette thèse présente l’identification du mode d’action du bisacodyl dans les GSCs. Celui-ci implique la serine/thréonine kinase WNK1 et ses partenaires, les kinases Akt et SGK1 et des co-transporteurs Na+/HCO3- NBC. Nos résultats ont également révélé un rôle de WNK1 dans la physiopathologie des GSCs. / Glioblastoma (GBM), the most aggressive glial tumor, is currently incurable with a very short-term patient survival (< 2 years). The heterogeneity of GBM and the presence of highly resistant proliferating and quiescent cancer stem-like cells (CSCs), is largely responsible for poor prognosis in this disease. Thus, new approaches targeting glioblastoma CSCs (GSCs), within the acidic/hypoxic tumor microenvironment, are promising strategies for treating GBM. The laxative bisacodyl was identified in a high throughput screening of the Prestwick chemical library as a compound inducing necrotic cell death in proliferating and quiescent GSCs only in acidic microenvironments similar to those found in tumors. Bisacodyl was further shown to induce tumor shrinking and to increase survival in in vivo GBM models. In this thesis work, we identify bisacodyl’s mechanism of action in GSCs. This mechanism involves the serine/threonine kinase WNK1 and its signaling partners including protein kinases Akt and SGK1 and NBC Na+/HCO3- cotransporters. Our data also highlight a previously unknown role of WNK1 in GSC physiopathology.

Cuando se activa el Metabolón de Transporte Iónico (MTI) formado por el Intercambiador de Na+/H+ (NHE1), la Anhidrasa Carbónica II (ACII) y el Intercambiador de Cl<SUP>-</SUP>/HCO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP> (AE3) se estimula la hipertrofia cardíaca (HC). Datos preliminares apoyan la hipótesis de que las proteínas que forman este MTI interaccionan funcionalmente. Sin embargo, todavía existen componentes del metabolón que no han sido identificados. Entre estos componentes se encuentran los co-transportadores de HCO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP> (NBC), la Anhidrasa Carbónica IV (ACIV) y XIV (ACXIV). En el presente Trabajo de Tesis Doctoral se propone, por lo tanto, explorar el rol de una de estas proteínas, la ACXIV, en procesos fisológicos y fisiopatológicos en el corazón. Se hipotetiza que AE3 interactúa con la isoenzima ACXIV, tanto física como funcionalmente, formando un MTI que maximiza el flujo de HCO<SUB>3</SUB><SUP>-</SUP> a través de la membrana. Se propone, además, que este metabolón es activado en ciertas condiciones patológicas como la HC.