Die bis 1990 abgebaute Uranlagerstätte Königstein ist an eine cenomane Schichtenfolge gebunden, die aufeinander folgend aus terrestrischen, lagunären und litoral-marinen Ablagerungen besteht. Die Lagerstätte ist südlich der Elbe und westlich der Biela lokalisiert. Ihre Abbaukontur in 100 bis 280 m Tiefe erstreckt sich 600 - 1000 m breit über 4700 m und streicht SSW-NNE. Ihre Urananreicherungen sind in der Tendenz monometallisch ausgebildet. In Klüftungszonen ist der schichtkonformen Dispersvererzung der Typus imprägnativer »Trümer-Flecken-Erze« aufgeprägt. Die Lagerstätte ist das jüngste und letztaufgefundene sächsische Erzobjekt und wurde im Bergwerk Königstein untertägig abgebaut. Nach einer Umstellung des Betriebes wurde das Uran seit 1984 durch chemische Gesteinsauslaugung aus dem Grubengebäude gefördert. Der Vorrat der Lagerstätte wurde zuletzt mit 27.813 t Uran bei einem Durchschnittsgehalt des Urans im Erz von 0,06 % angegeben. Seit 1990 wird nach Einstellung des Bergbaues das Bergbaugebiet saniert. Die Lagerstätte ist einem peripheren Abschnitt des Cenomans an der südöstlichen Umrahmung der Pirnaer Senke infiltrativ aufgeprägt. Die Verteilung des Urans in der Schichtenfolge wird von deren hydrologischer Durchlässigkeitsstruktur bestimmt. Die Urananreicherungen sind an feinsandige, inkohlte organische Substanz führende, Schluff- und Tonsteinlagen im Kontakt mit permeablen Sandsteinschichten gebunden. Die Erzhorizonte (ca. 1-3 m mächtig) bilden die Migrationsbarrieren für in den Untergrundwässern gelöst mitgeführtes Uran. Uran und Thorium wurden vorrangig aus dem Granit von Markersbach freigesetzt und infolge ihres unter exogenen Bedingungen unterschiedlichen Migrationsverhaltens voneinander getrennt. Das Thorium wurde im Schweb der Oberflächenwässer in die Pirnaer Senke gespült und bildete mit Elementen vergleichbaren Verhaltens, wie Zinn, Blei und Zink in der terrestrischen Wechsellagerung eine synsedimentäre weitflächige polymetallische Dispersionsanomalie. Der Großteil des Urans wanderte dagegen in Untergrundwässern gelöst in die Schichtenfolge ein. Ergebnisse der Altersbestimmung der Erze nach der Uran-Blei-Methode und geologische Zeitmarken weisen auf eine stadiale Entwicklung der Lagerstätte vom Cenoman bis in die geologische Gegenwart hin. Die erhaltenen Werte lassen auf den Beginn der Herausbildung des 3. Erzhorizontes durch exo-diagenetische Infiltration des Urans etwa gleichzeitig mit der synsedimentären Polymetallanomalie schließen. Erst später bildeten sich, z. T. auf der stofflichen Grundlage des 3. Horizontes, durch epigenetische Infiltration und unter zeitweiliger Einflußnahme des tertiären Vulkanismus, die beiden oberen Erzhorizonte heraus. Zuletzt entwickelten sich die Klüftungserze. Die jüngsten Zugänge und Umverteilungen des Urans sind an Störungen des radioaktiven Gleichgewichtes (Ra/U) feststellbar, welche für

Der geologische Teil gibt erstmals eine vollständige Darstellung der fossilen Flora und Fauna des Döhlener Beckens wieder. Im Döhlener Becken sind 4 große Sedimentationsperioden erkennbar, die teilweise zyklisch strukturiert sind. Das Döhlener Becken wird hier erstmals als Uran-(Vanadium-) Lagerstätte beschrieben. Es enthielt ca. 7.000 t Uran sowie die gleiche Menge Vanadium, außerdem Molybdän, Arsen, Blei, Zink und große Mengen Eisen als Pyrit. Zinn und Kupfer sind selten. Es gibt Hinweise auf (syn- bis) frühepigenetische Thermalwasserbildungen. Im Becken ist ein System NW-SO-gerichteter Brüche vorhanden mit abgeschobenem NO-Flügel. Der flächenhafte Spannungsausgleich konzentrierte sich mit wachsender Stabilität der Sedimentdecke auf lineare Abschiebungszonen entlang der Grundgebirgsschwellen. Während der Sedimentation erweiterte sich das Becken tektonisch unregelmäßig in Richtung NO-SW. Der Bergbau-Teil (Kap. 9 bis 13) eröffnet eine Abhandlung über die Gewinnung verschiedener mineralischer Rohstoffe, wobei der Kohlenbergbau über Jahrhunderte dominierte. Die in den großen Bergbauunternehmen eingeführten technischen und organisatorischen Neuerungen werden vorgestellt. Der verbreitete Abbau von Kalkstein wird erstmalig vollständig dokumentiert. Mehrere Perioden der Gewinnung von Alaun und Vitriol aus Kohle, beginnend im 16. Jahrhundert, können unterschieden werden. Lösungen zum Überwinden bergbaubedingter Schwierigkeiten werden ausführlich dargestellt. Als technische Meisterleistung gelten der Tiefe Weißeritz Stolln und der von 1817 bis 1837 teilweise durch den Monzonit getriebene Tiefe Elbstolln. Seit 1820 lief die erste Dampfmaschine Sachsens beim Zauckeroder Kunstschacht. Weitere technische Neuerungen sind: Einsatz der ersten elektrischen Grubenlokomotive der Welt (1882), die Erprobung einer Schrämmaschine, die Erfindung und Anwendung der Kohlennassaufbereitung, die Verkokung der Kohle und die Produktion von Leuchtgas. Erstmals werden ausführliche Angaben zur Suche und Erkundung sowie Gewinnung der Uranlagerstätte Freital vorgestellt. Die Such- und Erkundungsarbeiten begannen 1947. Nach der Konfiszierung von Schächten des Kohlenbergbaus baute die SAG Wismut von 1949 bis 1954 uranhaltige Kohle ab. Im Jahre 1968 Einstellung der Steinkohlenförderung und Übernahme von der SDAG Wismut. Abbau und Förderung der Erzkohlen endeten am 01.12.1989. Das Ende der Urangewinnung durch die SDAG Wismut bedeutete das Ende von 447 Jahren aktiven Bergbaus im Döhlener Becken. Der Nachfolgebetrieb WISMUT GmbH verantwortet seit 1990 die Verwahrung und Sanierung der Hinterlassenschaften. Mit der Erarbeitung des WISMUT-Umweltkatasters wurden Grundlagen zur Verwahrung und Sanierung geschaffen. Besonders ausführlich wird die z.Zt. noch laufende Flutung des Grubengebäudes behandelt. Nach etwa 15 Jahren Verwahrung und Sanierung radioaktiv kontaminierter Standorte im Bergbaugebiet des Döhlener Beckens sind erste positive Auswirkungen nachweisbar.

This diploma thesis is focused on everyday life of employees working in the uranium mines in Příbram during the so-called normalization. Using the method of oral history, I try to capture the ordinary lives of ordinary people against the background of one historical period, with regard to the work benefits which were provided to them by their employer. The thesis is anchored in a rich source base, which primarily constists of interviews conducted directly with witnesses of the time, secondarily of archival material and relevant literature. The main goal of the thesis is to find out why young men decided to pursue the hard work of a miner, how the company took care of them, what contributions the employer offered to them and, in general, how the people involved see uranium life today.

Die sichere Entsorgung hochradioaktiver Abfälle stellt eine wichtige wissenschaftli-che und gesellschaftliche Herausforderung dar. Tongesteine sind potentielle Wirts-gesteine für die Endlagerung dieser Abfälle in einem geologischen Tiefenlager. Ben-tonite sollen dabei als Verfüllmaterial nicht nur für ein Endlager in Tonformationen, sondern auch in kristallinem Gestein dienen. Für eine langfristige Sicherheitsbewer-tung müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden. Neben geologischen, ge-ochemischen und geophysikalischen Gesichtspunkten spielen auch natürlich vor-kommende Mikroorganismen eine entscheidende Rolle in der Umgebung eines sol-chen Endlagers. Gelangt in einem Worst-Case-Szenario Wasser in das Endlager, können diese mit den freigesetzten Radionukliden wechselwirken und beispielswei-se die chemische Speziation oder den Oxidationszustand verändern. In dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen des anaeroben, sulfatreduzierenden Bakteriums Desulfosporosinus hippei DSM 8344T, einem Vertreter der Gattung Desul-fosporosinus, die in Tongestein und Bentonit vorkommt, mit Uran(VI) und Europi-um(III) mit Hilfe verschiedener mikroskopischer, spektroskopischer und molekular-biologischer Methoden untersucht. Die Ergebnisse lieferten einen umfassenden Einblick in die ablaufenden Wechselwirkungsprozesse und zeigten deutliche Unter-schiede zwischen den untersuchten Elementen auf. Im Zuge dessen wurde ein be-sonderes Augenmerk auf die Untersuchung der Reduktion von Uran(VI) durch D. hippei DSM 8344T gelegt. Für dieses Element konnte eine Immobilisierung in einem gekoppelten Assoziations-Reduktionsmechanismus nachgewiesen werden. Im Ge-gensatz dazu wechselwirkte nur ein geringer Anteil des gelösten Europium(III) mit den Zellen des anaeroben Mikroorganismus, wobei eine teilweise Biopräzipitation von Europiumphosphat beobachtet werden konnte. Die Wechselwirkung des Mikroorganismus mit Uran(VI) wurde zunächst in einem Bikarbonat-gepufferten System untersucht, wobei keine Abnahme der Urankon-zentrationen nachgewiesen werden konnte und damit wahrscheinlich auch keine Reduktion von Uran(VI) in den Überständen erfolgte. Zusätzlich wurden die Expe-rimente in synthetischer Opalinustonporenlösung durchgeführt. Die Untersuchun-gen mit zwei verschiedenen Uran(VI)-Ausgangskonzentrationen (100 µM und 500 µM) zeigten dabei in beiden Fällen eine fast vollständige Entfernung des Urans aus den Überständen. Um genauere Informationen über die Uran(VI)-Speziation in den Überständen zu erhalten, wurden thermodynamische Berechnungen der auftretenden Komplexe sowohl in Bikarbonat-Puffer, als auch in synthetischer Opalinustonporenlösung durchgeführt. Ergänzend dazu wurden die Überstände der Versuche in der Poren-lösung lumineszenzspektroskopisch untersucht. Die thermodynamische Modellie-rung zeigte bei dem pH-Wert des Bikarbonat-Puffersystems (pH 6,8) die Dominanz des 1:3-Uranyl(VI)-Carbonat-Komplexes, wohingegen im Porenwasser (pH 5,5) ein Uranyl(VI)-Laktat-Komplex die vorrangige Spezies darstellte. Die Anwesenheit eines zusätzlichen Carbonat-Komplexes spielte in diesem Fall nur eine untergeordnete Rolle. Die Berechnungen konnten mit Hilfe der Lumineszenzspektroskopie bestätigt werden. Sowohl der dominante Laktat-Komplex, als auch ein geringer Anteil eines Uranyl(VI)-Carbonat-Komplexes konnten im Opalinustonporenwasser verifiziert werden. Die Speziesverteilung zeigte, dass nur der Anteil des Laktat-Komplexes mit steigenden Inkubationszeiten abnahm, wohingegen der Anteil des Carbonat-Komplexes konstant blieb. Dies bestätigte die Ergebnisse der Experimente in Bikar-bonat-Puffer und ließ Schlussfolgerungen dahingehend zu, dass der Carbonat-Komplex von den Zellen offenbar nicht reduziert werden konnte und dadurch die Bioreduktion von der Ausgangsspeziation des Uran(VI) abhängig ist. Fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen wiesen einen Einfluss des Urans auf die Zellvitalität und die Biofilmbildung nach. Mit Hilfe der Transmissionselektronenmik-roskopie konnte die Assoziation von Uran vorrangig auf der Zelloberfläche gezeigt werden. Zudem bildeten die Zellen Membranvesikel als mögliche Abwehrreaktion aus, um eine Verkrustung der Zellen zu verhindern. Diese Beobachtungen deuten auf eine Immobilisierung des Urans durch Wechselwirkung mit den Zellen hin. Die Reduktion des Uran(VI) wurde mit Hilfe verschiedener spektroskopischer Me-thoden bestätigt. Dabei zeigten UV/Vis-Untersuchungen der aufgelösten Zellpellets zunächst einen steigenden Anteil an Uran(IV) mit fortschreitender Inkubationszeit. Eine vollständige Reduktion des Urans konnte hingegen nicht nachgewiesen wer-den. HERFD-XANES-Messungen bestätigten die Reduktion des Uran(VI) in den Zell-pellets. Darüber hinaus konnte die Anwesenheit von Uran(V) während des Redukti-onsprozesses beobachtet werden, wodurch ein Ein-Elektronen-Prozess als Redukti-onsmechanismus für diesen Mikroorganismus verifiziert werden konnte. Des Weite-ren handelte es sich dabei um den erstmaligen Nachweis von Uran(V) während der Bioreduktion von Uran(VI) durch sulfatreduzierende Mikroorganismen im Allge-meinen. Ergänzende EXAFS-Untersuchungen konnten die Struktur der Uran(IV)-Verbindung hingegen nicht abschließend aufklären. Mittels Proteomikuntersuchungen als systembiologische Methode konnten Hinweise auf verschiedene während der Uraninkubation stattfindender Prozesse, wie bspw. die Biofilmbildung, den Zellwandumbau und eine Hochregulierung verschiedener Proteine, die in anderen Mikroorganismen für die Reduktion von Uran und anderen Metallen verantwortlich sind, gefunden werden. Des Weiteren konnten auch ver-schiedene Enzyme die an einer Stressreaktion der Zellen beteiligt sind nachgewiesen werden. In den Experimenten mit Europium(III), welches häufig als nicht radioaktives Ana-logon für die dreiwertigen Actinide zum Einsatz kommt, zeigten die Zellen nur eine geringe Wechselwirkung mit dem Lanthanid. Der toxische Einfluss des Schwerme-talls war geringer als in den Untersuchungen mit Uran(VI). Transmissionselektro-nenmikroskopische Aufnahmen zeigten eine Biopräzipitation von Europium(III) mit Phosphaten auf der Zelloberfläche und dadurch eine teilweise Immobilisierung des Metalls. Die aquatische Speziation des Europium(III) zeigte eine vollständige Komplexierung mit Laktat in den Überständen. Dies könnte eine mögliche Erklärung der geringen Wechselwirkung mit den Zellen liefern aufgrund einer Abschirmung des Lanthanids gegenüber zellulären Liganden. In den Zellspektren, ließen sich drei unterschiedli-che Spezies voneinander unterscheiden, eine lose mit den Zellen assoziierte Spezies und zwei zellulär gebundene Komplexe wahrscheinlich mit Carboxyl- oder Phos-phatgruppen. Eine ortsaufgelöste Speziation war mit Hilfe einer Kopplung von kon-fokaler Mikroskopie und Laserspektroskopie möglich. Zusammenfassend liefert diese Arbeit neue Erkenntnisse über die Wechselwirkung sulfatreduzierender Mikroorganismen mit Uran(VI) und Europium(III) und trägt zu einem besseren Verständnis mikrobieller Reduktionsprozesse in der Umwelt bei. Die Immobilisierung von Uran durch eine teilweise Reduktion zu weniger löslichen Uran(IV)-Verbindungen, sowie eine verstärkte Biofilmbildung wirken sich positiv auf die Sicherheit eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle in Tongestein aus. Es konnte allerdings auch gezeigt werden, dass stattfindende Wechselwirkungsprozes-se von der Ausgangsspeziation des Metalls abhängen, wodurch die Retention der Radionuklide möglicherweise eingeschränkt wird. Dadurch spielen die erhaltenen Ergebnisse nicht nur eine wichtige Rolle für ein umfassendes Sicherheitskonzept eines nuklearen Endlagers in Tongestein, sondern liefern auch neue Impulse für verschiedene Bioremediationsstrategien radioaktiv kontaminierter Umgebungen. / The safe disposal of high-level radioactive waste is a major scientific and societal challenge. Clay rocks are potential host rocks for the final disposal of the nuclear waste in a deep geological repository. Bentonites should serve as backfill material for a repository not only in clay formations, but also in crystalline rocks. Various aspects have to be considered for a long-term safety assessment. In addition to geological, geochemical and geophysical aspects, naturally occurring microorganisms in the en-vironment of such a repository play a decisive role. In the event of a worst-case sce-nario, if water enters the repository, these microorganisms can interact with the re-leased radionuclides and, for example, change the chemical speciation or oxidation state. In this work, the interactions of the anaerobic sulfate-reducing bacterium Desul-fosporosinus hippei DSM 8344T, a member of the genus Desulfosporosinus, which can be found in clay rock and bentonite, with uranium(VI) and europium(III) were in-vestigated using various microscopic, spectroscopic and molecular biological meth-ods. The results provided a comprehensive insight into the interaction processes and revealed significant differences between the investigated elements. Special attention was paid to the reduction of uranium(VI) by D. hippei DSM 8344T. For this element, an immobilization in a coupled association-reduction mechanism was demonstrated. In contrast, only a small fraction of the dissolved europium(III) interacted with the cells of the anaerobic microorganism, and a partial bioprecipitation of europium phosphate was observed. The interaction of the microorganism with uranium(VI) was first investigated in a bicarbonate-buffered system, where no decrease in uranium concentrations was observed, and thus probably no reduction of uranium(VI) occurs. In addition, ex-periments in synthetic Opalinus Clay pore solution were carried out. The investiga-tions with two different initial uranium(VI) concentrations (100 µM and 500 µM) showed an almost complete removal of uranium from the supernatants in both cas-es. Thermodynamic calculations of the complexes formed were performed in both, bi-carbonate buffer and synthetic Opalinus Clay pore water solution, to obtain more detailed information on uranium(VI) speciation in the supernatants. In addition, the supernatants of the pore water solution were analyzed by luminescence spectrosco-py. Thermodynamic modeling showed the dominance of the 1:3 uranyl(VI)-carbonate complex at the pH of the bicarbonate buffered system (pH 6.8), whereas in the pore water (pH 5.5) a uranyl(VI) lactate complex was the predominant spe-cies. The presence of an additional carbonate complex plays only a minor role in this case. The calculations were confirmed by luminescence spectroscopy. Both the dom-inant lactate complex and a small fraction of a uranyl(VI) carbonate complex could be detected in the Opalinus Clay pore water. The species distribution showed that only the proportion of the lactate complex decreased with increasing incubation times, while the proportion of the carbonate complex remained constant. This con-firmed the results of the experiments in bicarbonate buffer and led to the conclu-sion that the carbonate complex could not be reduced by the cells and therefore the bioreduction was dependent on the initial speciation of uranium(VI). Fluorescence microscopic images showed an influence of uranium on cell viability and biofilm formation. Transmission electron microscopy showed the association of uranium primarily on the cell surface. In addition, the cells formed membrane vesi-cles as a possible defense mechanism to prevent cell incrustation. These observa-tions indicated an immobilization of uranium by its interaction with the cells. The reduction of uranium(VI) was confirmed by various spectroscopic methods. UV/Vis studies of the dissolved cell pellets showed an increasing amount of urani-um(IV) with increasing incubation time. However, a complete reduction of uranium could not be detected. HERFD-XANES measurements verified the reduction of ura-nium(VI) in the cell pellets. In addition, the presence of uranium(V) was observed during the reduction process, confirming a one-electron process as the reduction mechanism for this microorganism. Furthermore, this was the first detection of ura-nium(V) during a bioreduction experiment of uranium(VI) by a sulfate-reducing microorganism in general. However, additional EXAFS studies could not conclusively elucidate the structure of the formed uranium(IV) compound. Using proteomics as a system biology method, evidence was found for various pro-cesses occurring during uranium incubation, such as biofilm formation, cell wall re-modeling, and up-regulation of various proteins responsible for the reduction of uranium and other metals in other microorganisms. In addition, several enzymes involved in a stress response of the cells were detected. In experiments with europium(III), which is often used as a non-radioactive analog of the trivalent actinides, the cells showed little interaction with the lanthanide. Compared to the studies with uranium(VI), the toxic influence of the heavy metal was less pronounced. Transmission electron microscopic images showed a bioprecip-itation of europium(III) with phosphates on the cell surface, resulting in partial im-mobilization of the metal. The aqueous speciation of europium(III) showed a complete complexation with lac-tate in the supernatants. This could be a possible explanation for the low interaction with the cells due to a shielding of the lanthanide from cellular ligands. In the cell spectra, three different species could be distinguished, one loosely associated with the cells and two cellularly bound complexes, probably with carboxyl or phosphate groups. A spatially resolved speciation could be detected by coupling confocal mi-croscopy and laser spectroscopy. To summarize, this work provides new insights into the interaction of sulfate-reducing microorganisms with uranium(VI) and europium(III) and contributes to a better understanding of microbial reduction processes in the environment. The im-mobilization of uranium by a partial reduction to less soluble uranium(IV) com-pounds, as well as the enhanced biofilm formation, have a positive effect on the safety of a repository for highly radioactive waste in clay rock. However, it has also been shown that the interaction processes that take place depend on the initial spe-ciation of the metal, which may limit the retention of radionuclides. Thus, the ob-tained results not only play an important role for a comprehensive safety concept of a repository for nuclear waste in clay rock, but also provide new impulses for differ-ent bioremediation strategies of radioactively contaminated environments.

Epitaxial growth is an important technique for the fabrication of film structures with good crystalline quality, e.g., monoatomic overlayers, multilayers, compound materials, and ordered alloys. Such epitaxially grown films are technologically important materials with, e.g., adjustable electronic, magnetic, and optical properties. In case of coherent or pseudomorphic epitaxy, the overlayer adapts the in-plane lattice parameters of the substrate, i.e., the overlayer is strained to match the lattice parameters parallel to the substrate surface (in-plane directions). Simultaneously, a relaxation of the film dimension perpendicular to the substrate-film interface occurs (out-of-plane direction). Thus, coherent epitaxy provides a method to put phases under strain, and it can stabilise a metastable state of the film material, if the substrate lattice matches this metastable structure. Bulk-like properties in thick overlayers, which adopt the body-centred tetragonal (BCT) crystal structure and which grow coherently on a suitable substrate with quadratic surface symmetry, are modelled by the epitaxial Bain path (EBP) in this thesis. The knowledge of the EBP allows to study properties of the overlayer as function of the substrate lattice parameter. In particular, strain effects on the film material, magnetic order in the overlayer, and the existence of possible metastable states are investigated by means of density functional theory (DFT) in the local spin density approximation (LSDA), and in the singular case of uranium, employing the generalised gradient approximation (GGA). Note that a symmetry property of the BCT structure states, that it is identical to the body-centred cubic (BCC) structure or the face-centred cubic (FCC) structure for definite ratios of the tetragonal lattice parameters. Our definition of the EBP has two, previously not considered consequences for EBPs in general: an EBP can be discontinuous, and the high symmetry cubic structures (FCC and BCC) need not be points on the EBP. Both cases occurred for several elements considered in this thesis. If, however, a cubic structure is a point on the EBP, then a symmetry property guarantees that the total energy along the EBP, E(a), is stationary at this cubic structure. We computed the EBPs of all transition metals (TMs), the post TMs Zn, Cd, and Hg, the alkaline earth metals Ca, Sr, and Ba, the lanthanides La and Lu, and the actinide U (35 elements were treated in total). For each element but Zr, Hg, and U, there are exactly two structures whose energies are minima on the EBP, and which exhibit neither in-plane nor out-of-plane stresses; for Zr, Hg, and U there are three minima each. All other states on the EBP exhibit in-plane stresses because they are a strained form of the stress-free structures. The possibility of metastability of these particular, stress-free structures, i.e., stabilisation of these structures without bonding to the substrate, was investigated by stability conditions based on linear elasticity theory (except for U). We predict that ten FCC structures and three BCT structures not known from the respective phase diagrams may be metastable. We studied the properties of ferromagnetic (FM) states on the EBP for the elements Fe, Co, and Ni, and moreover predict, that Mn, Ru, Os, and U order ferromagnetically for certain states of the EBP. The latter three elements are paramagnetic in their ground states. The onset of ferromagnetism in Os and U is not accompanied by a simultaneously fulfilled Stoner criterion. According to our results, antiferromagnetic order (with moment sequences up-down or up-up-down-down on successive (001) planes) is never more stable than FM order on any EBP for any element investigated. On the basis of our comprehensive results for all TMs, we analysed trends across each of the three TM series and similarities among the three series. We demonstrate, that the type of the EBP (a classification of extrema of E(a) by symmetry into types) follows a characteristic trend across each of the three TM series. We discuss exceptions (Mn, Fe, and Zr) to this trend. Another trend, identical for the three series, is found for the BCT­-FCC structural energy difference as function of the d-band filling (evaluated for BCT structures that define extrema of E(a)), which follows a similar trend as the well studied BCC­-FCC structural energy difference. Clear similarities among the three periods of elements are also reflected in the bulk moduli and in the elastic constants of the cubic or tetragonal structures, that define the global and local minima of E(a). The mentioned similarities suggest, that many properties which are associated with the EBPs of TMs, can be attributed to the occupation of the d-band, which is the most dominant feature of the electronic structure of TMs.

In this thesis, the interactions of U(VI) with one representative each of the domains Bacteria (Paenibacillus sp. JG TB8) and Archaea (Sulfolobus acidocaldarius) are compared. We demonstrate that at highly acidic conditions (pH ≤ 3), U(VI) is bound to cells of the both strains exclusively via organic phosphate groups. In contrast to this, the U(VI) complexation modes differ between the studied strains at moderate acidic conditions. These differences are assigned to the different cell wall structures of both strains as well as to their different physiological characteristics. We also demonstrate that the aeration conditions can strongly influence the uranium accumulation of facultative anaerobic microorganisms at moderate acidic pH conditions. This finding could clearly be assigned to the dependency of the intrinsic phosphatase activity on the aeration conditions. The second part of this thesis deals with the outermost surface layer (SlaA-layer) of S. acidocaldarius. It was shown that this surface protein is not involved in the U(VI) complexation at highly acidic conditions, covering the physiological pH optimum of S. acidocaldarius. Hence the SlaA layer does not provide a protective function against U(VI) to the cells of this acidophilic archaeon. However, we demonstrated that purified SlaA-layer ghosts (i.e. empty cell sacculi) efficiently interact with gold ions and are a good macromolecular template for the formation of magnetic gold nanoparticles. / In dieser Doktorarbeit werden die Wechselwirkungen von U(VI) mit je einem Vertreter der Bakterien (Paenibacillus sp. JG TB8) und Archeen (Sulfolobus acidocaldarius) verglichen. Wir konnten zeigen, dass U(VI) im sehr sauren Milieu (pH ≤ 3) ausschließlich durch organische Phosphatgruppen an die Zellen beider Stämme gebunden ist. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Mechanismen der U(VI)-Komplexierung beider untersuchter Stämme bei mäßig sauren Bedingungen voneinander. Diese Unterschiede basieren auf den unterschiedlichen Zellwandstrukturen und physiologischen Eigenschaften beider Stämme. Wir konnten außerdem zeigen, dass die atmosphärischen Bedingungen die Urankomplexierung durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen bei mäßig sauren Bedingungen stark beeinflussen kann. Dieses Ergebnis konnte eindeutig auf die von den atmosphärischen Bedingungen-abhängige, enzymatische Aktivität der zelleigenen Phosphatase zurückgeführt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der äußeren Oberflächenschicht (SlaA-layer) von S. acidocaldarius. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Oberflächenprotein nicht an der U(VI)-Komplexierung bei stark sauren pH, welcher dem physiologischen pH Optimum von S. acidocaldarius entspricht, beteiligt ist. Damit stellt der SlaA-layer keinen Schutz gegen Uran für die Zellen dieses azidothermophilen Archaeons dar. Allerdings konnten wir zeigen, dass isolierte „SlaA-layer ghosts“ (d.h. leere Zellhüllen) mit Goldionen interagieren und sich daher als makromolekulares Template für die Herstellung magnetischer Gold Nanopartikel eignen.

In this thesis, the interactions of U(VI) with one representative each of the domains Bacteria (Paenibacillus sp. JG TB8) and Archaea (Sulfolobus acidocaldarius) are compared. We demonstrate that at highly acidic conditions (pH ≤ 3), U(VI) is bound to cells of the both strains exclusively via organic phosphate groups. In contrast to this, the U(VI) complexation modes differ between the studied strains at moderate acidic conditions. These differences are assigned to the different cell wall structures of both strains as well as to their different physiological characteristics. We also demonstrate that the aeration conditions can strongly influence the uranium accumulation of facultative anaerobic microorganisms at moderate acidic pH conditions. This finding could clearly be assigned to the dependency of the intrinsic phosphatase activity on the aeration conditions. The second part of this thesis deals with the outermost surface layer (SlaA-layer) of S. acidocaldarius. It was shown that this surface protein is not involved in the U(VI) complexation at highly acidic conditions, covering the physiological pH optimum of S. acidocaldarius. Hence the SlaA layer does not provide a protective function against U(VI) to the cells of this acidophilic archaeon. However, we demonstrated that purified SlaA-layer ghosts (i.e. empty cell sacculi) efficiently interact with gold ions and are a good macromolecular template for the formation of magnetic gold nanoparticles. / In dieser Doktorarbeit werden die Wechselwirkungen von U(VI) mit je einem Vertreter der Bakterien (Paenibacillus sp. JG TB8) und Archeen (Sulfolobus acidocaldarius) verglichen. Wir konnten zeigen, dass U(VI) im sehr sauren Milieu (pH ≤ 3) ausschließlich durch organische Phosphatgruppen an die Zellen beider Stämme gebunden ist. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Mechanismen der U(VI)-Komplexierung beider untersuchter Stämme bei mäßig sauren Bedingungen voneinander. Diese Unterschiede basieren auf den unterschiedlichen Zellwandstrukturen und physiologischen Eigenschaften beider Stämme. Wir konnten außerdem zeigen, dass die atmosphärischen Bedingungen die Urankomplexierung durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen bei mäßig sauren Bedingungen stark beeinflussen kann. Dieses Ergebnis konnte eindeutig auf die von den atmosphärischen Bedingungen-abhängige, enzymatische Aktivität der zelleigenen Phosphatase zurückgeführt werden. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der äußeren Oberflächenschicht (SlaA-layer) von S. acidocaldarius. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Oberflächenprotein nicht an der U(VI)-Komplexierung bei stark sauren pH, welcher dem physiologischen pH Optimum von S. acidocaldarius entspricht, beteiligt ist. Damit stellt der SlaA-layer keinen Schutz gegen Uran für die Zellen dieses azidothermophilen Archaeons dar. Allerdings konnten wir zeigen, dass isolierte „SlaA-layer ghosts“ (d.h. leere Zellhüllen) mit Goldionen interagieren und sich daher als makromolekulares Template für die Herstellung magnetischer Gold Nanopartikel eignen.

Epitaxial growth is an important technique for the fabrication of film structures with good crystalline quality, e.g., monoatomic overlayers, multilayers, compound materials, and ordered alloys. Such epitaxially grown films are technologically important materials with, e.g., adjustable electronic, magnetic, and optical properties. In case of coherent or pseudomorphic epitaxy, the overlayer adapts the in-plane lattice parameters of the substrate, i.e., the overlayer is strained to match the lattice parameters parallel to the substrate surface (in-plane directions). Simultaneously, a relaxation of the film dimension perpendicular to the substrate-film interface occurs (out-of-plane direction). Thus, coherent epitaxy provides a method to put phases under strain, and it can stabilise a metastable state of the film material, if the substrate lattice matches this metastable structure. Bulk-like properties in thick overlayers, which adopt the body-centred tetragonal (BCT) crystal structure and which grow coherently on a suitable substrate with quadratic surface symmetry, are modelled by the epitaxial Bain path (EBP) in this thesis. The knowledge of the EBP allows to study properties of the overlayer as function of the substrate lattice parameter. In particular, strain effects on the film material, magnetic order in the overlayer, and the existence of possible metastable states are investigated by means of density functional theory (DFT) in the local spin density approximation (LSDA), and in the singular case of uranium, employing the generalised gradient approximation (GGA). Note that a symmetry property of the BCT structure states, that it is identical to the body-centred cubic (BCC) structure or the face-centred cubic (FCC) structure for definite ratios of the tetragonal lattice parameters. Our definition of the EBP has two, previously not considered consequences for EBPs in general: an EBP can be discontinuous, and the high symmetry cubic structures (FCC and BCC) need not be points on the EBP. Both cases occurred for several elements considered in this thesis. If, however, a cubic structure is a point on the EBP, then a symmetry property guarantees that the total energy along the EBP, E(a), is stationary at this cubic structure. We computed the EBPs of all transition metals (TMs), the post TMs Zn, Cd, and Hg, the alkaline earth metals Ca, Sr, and Ba, the lanthanides La and Lu, and the actinide U (35 elements were treated in total). For each element but Zr, Hg, and U, there are exactly two structures whose energies are minima on the EBP, and which exhibit neither in-plane nor out-of-plane stresses; for Zr, Hg, and U there are three minima each. All other states on the EBP exhibit in-plane stresses because they are a strained form of the stress-free structures. The possibility of metastability of these particular, stress-free structures, i.e., stabilisation of these structures without bonding to the substrate, was investigated by stability conditions based on linear elasticity theory (except for U). We predict that ten FCC structures and three BCT structures not known from the respective phase diagrams may be metastable. We studied the properties of ferromagnetic (FM) states on the EBP for the elements Fe, Co, and Ni, and moreover predict, that Mn, Ru, Os, and U order ferromagnetically for certain states of the EBP. The latter three elements are paramagnetic in their ground states. The onset of ferromagnetism in Os and U is not accompanied by a simultaneously fulfilled Stoner criterion. According to our results, antiferromagnetic order (with moment sequences up-down or up-up-down-down on successive (001) planes) is never more stable than FM order on any EBP for any element investigated. On the basis of our comprehensive results for all TMs, we analysed trends across each of the three TM series and similarities among the three series. We demonstrate, that the type of the EBP (a classification of extrema of E(a) by symmetry into types) follows a characteristic trend across each of the three TM series. We discuss exceptions (Mn, Fe, and Zr) to this trend. Another trend, identical for the three series, is found for the BCT­-FCC structural energy difference as function of the d-band filling (evaluated for BCT structures that define extrema of E(a)), which follows a similar trend as the well studied BCC­-FCC structural energy difference. Clear similarities among the three periods of elements are also reflected in the bulk moduli and in the elastic constants of the cubic or tetragonal structures, that define the global and local minima of E(a). The mentioned similarities suggest, that many properties which are associated with the EBPs of TMs, can be attributed to the occupation of the d-band, which is the most dominant feature of the electronic structure of TMs.

A safe storage of radioactive waste in repositories is an important task to protect humans and the environment from radio- and chemotoxicity. Long-term safety assessments predict the behavior of potential environmental contaminants like the actinides plutonium, uranium, or neptunium, in the near and far field of repositories. For such safety assessments, it is necessary to know the migration behavior of the contaminants in the environment, which is mainly dependent on the aquatic speciation, the solubility product of relevant solid phases, and the retardation due to sorption on surrounding minerals. Thus, an investigation of sorption processes of contaminants onto different minerals as well as the derivation of mineral specific surface complexation model (SCM) parameters is of great importance. Feldspar and mica are widely distributed in nature. They occur as components of granite, which is considered as a potential host rock for a repository in Germany, and in numerous other rocks, and thus also in the far field of nearly all repositories. However, their sorption behavior with actinides has only been scarcely investigated until now. In order to better characterize these systems and subsequently to integrate these minerals into the long-term safety assessments, this work focuses on the investigation of the sorption behavior of U(VI), Np(V), and Nd(III) as analogue for An(III) onto the minerals orthoclase and muscovite, representing feldspars and mica, respectively. All investigations were performed under conditions relevant to the far field of a repository. In addition to the extensive characterization of the minerals, batch sorption experiments, spectroscopic investigations, and surface complexation modeling were performed to elucidate the uptake and speciation of actinides on the mineral surfaces. In addition, the influence of microorganisms naturally occurring on the mineral surfaces and the effect of Ca2+ on U(VI) uptake on the minerals was studied. The obtained sorption curves exhibit a similar characteristic for orthoclase and muscovite. As expected Nd(III) shows the highest amount of sorption followed by U(VI) and finally Np(V). With spectroscopic investigations of the aquatic U(VI) solution in presence of Ca2+, the Ca2UO2(CO3)3 complex could be identified. Furthermore, with spectroscopic methods the U(VI) surface species onto orthoclase could be characterized, of which a novel uranium-carbonate surface species was observed. Based on the results of batch experiments and spectroscopic methods new SCM parameters for the sorption of U(VI), Np(V), and Nd(III) onto orthoclase and for Np(V) and Nd(III) onto muscovite could be derived. SCM parameters for U(VI) sorption onto muscovite confirmed earlier investigations. The obtained SCM parameters increase the amount of data available for sorption processes onto feldspar and mica. With this the relevance of feldspars for the sorption of actinides and lanthanides could be shown. Thus, this work contributes to a better understanding of interactions of actinides and lanthanides, in particular U(VI), Np(V), and Nd(III), with mineral phases ubiquitous in the environment. This in turn adds confidence to long-term safety assessments essential for the protection of humans and the environment from the hazards of radioactive waste.

In dieser Arbeit wurden mittels winkelaufgelöster Photoemission verschiedene Verbindungen mit stark korrelierten Elektronen untersucht. Es wurde gezeigt, dass diese Technik einen direkten Zugang zu den niederenergetischen Wechselwirkungen bietet und dadurch wichtige Informationen über die Vielteilchenphysik dieser Systeme liefert. Die direkte Beobachtung der scharfen Quasiteilchenstrukturen in der Nähe der Fermikante ermöglichte insbesondere die genaue Betrachtung der folgenden Punkte: 1. Quantenphasenübergang: analog zu [27] wurde gezeigt, dass die hochaufgelöste PES Zugriff auf die lokale Energieskala TK bietet. Außerdem konnte im Rahmen eines störungstheoretischen Modells allgemein gezeigt werden, wie sich kleine RKKY-Störungen auf TK auswirken. Aus der experimentellen Entwicklung von TK(x) in CeCu6-xAux lassen sich mit Hilfe dieses Modells Rückschlüsse auf den Quantenphasenübergang bei T = 0 ziehen. 2. Kondogitter: mit Hilfe einer geordneten CePt5/Pt(111)-Oberflächenlegierung wurde demonstriert, dass mit ARPES Kondogittereffekte beobachtet werden können. Dazu zählen die Beobachtung von Hybridisierungsbandlücken und der starken Renormierung der Bandmassen in der Nähe von EF. Diese Effekte lassen sich, mit Hilfe unterschiedlicher Anregungsenergien und Messungen an einer isostrukturellen LaPt5-Schicht, eindeutig dem Resultat einer d f -Mischung der elektronischen Zustände zuweisen. Anhand von temperaturabhängigenMessungen konnte erstmals der Übergang von lokalisierten zu kohärenten Quasiteilchen in einem Kondosystem mittels ARPES beobachtet werden. 3. Phasenübergänge: bei FeSi und URu2Si2 wurde jeweils gezeigt, dass die ARPES sensitiv für kleinste Änderungen der elektronischen Struktur in unmittelbarer Umgebung der Fermienergie ist. Es konnten charakteristische Energien und Temperaturen, sowie am Phasenübergang beteiligte Bänder und deren effektive Massen m* quantifiziert werden. Insbesondere wurde gezeigt, dass Heavy-Fermion-Bänder mit m* = 40 me eine wichtige Rolle beim Hidden-order-Phasenübergang in URu2Si2 spielen. 4. Oberflächeneffekte: für alle Proben, außer CeCu6-xAux, musste festgestellt werden, dass Oberflächenzustände beträchtliche Anteile am Spektrum besitzen können. Daher ist bei jedem Material größte Vorsicht bei der Präparation der Oberfläche und der Interpretation der Spektren angebracht. Als eine geeignete Methode um Oberflächen und Volumenanteile auseinander zu halten, stellten sich anregungsenergieabhängige Messungen heraus. 5. theoretische Modelle: trotz der Bezeichnung “stark korrelierte Systeme”, unterscheiden sich die untersuchten Verbindungen bezüglich ihrer theoretischen Beschreibung: die Physik der Cersysteme (CeCu6, CePt5/Pt(111)) ist bei T > TK durch lokale Störstellen bestimmt und lassen sich somit im Rahmen des SIAM beschreiben. Bei tieferen Temperaturen T < TK treten jedoch Anzeichen von beginnender Kohärenz auf und geben somit den Übergang zum PAM wieder. Schwere, dispergierenden Bänder in URu2Si2 und FeSi zeigen, dass beide Systeme nur mit Hilfe eines geordneten Gitters beschreibbar sind. Insbesondere stellt sich für FeSi heraus, dass eine Erklärung im Kondoisolator-Bild falsch ist und ein Hubbard-Modell-Ansatz angebrachter scheint. / In this thesis angle-resolved photoemission investigations on diverse strongly- correlated systems were presented. It was shown that this technique gives a direct access to the low-energy excitations of a solid and therefore provides important information about its many-body physics. In particular the spectroscopic investigation of the sharp quasi-particle features near the Fermi edge gave information about the following points: 1. quantum phase transition: as already investigated in [27], it was shown that high resolution PES gives a direct access to the local energy scale TK. In the framework of a pertubative model, it was presented how small RKKY corrections influence the Kondo temperature. From the experimental evolution of TK(x) in CeCu6-xAux conclusions could be drawn about the quantum phase transition at T = 0. 2. Kondo lattice: an ordered CePt5/Pt(111) surface alloy was prepared and investigated by ARPES. The sharp spectra show the characteristics of a Kondo lattice: hybridization gaps and a strong renormalization of the band mass in the vicinity of the Fermi edge. With the aid of different excitation energies and measurements on an isostructural LaPt5 surface alloy it was shown, that these effects are due to a d f -mixing. For the first time, the transition from the single-impurity to the heavy-fermion regime could be observed by ARPES. 3. phase transitions: for FeSi and URu2Si2 the sensitivity of ARPES to small changes in the Fermi surface was shown in the temperature dependent spectra. The measurements reveal characteristic energies and temperatures of the phase transitions. Furthermore the bands which are involved in the phase transition and their effective masses m* could be quantified. In the case of URu2Si2 it was shown that a heavy-fermion band with m* = 40 me is affected by the hidden-order phase transition. 4. surface effects: besides CeCu6-xAux all samples showed significant surface contribution to the spectra. Excitation energy dependent measurements were found to be a good tool to distinguish between bulk and surface contributions. 5. theoretical models: despite the shared expression “strongly correlated systems” the compounds differ in their theoretical description: it was found that the physics of cerium systems (CeCu6, CePt5/Pt(111)) at T > TK can be described in the framework of the SIAM. However, at lower temperatures (T < TK) the signatures of coherence appear in the spectra. These can only be described by the PAM. Heavy dispersing bands have been observed for URu2Si2 and FeSi. Thus these systems must be described by a Hamiltonian with lattice properties, too. Especially the transition metal compound FeSi was shown to be no Kondo insulator. A description in the framework of a multi-band Hubbard Hamiltonian seems to be more appropriate for this compound.