Våde aluminiumhydroxid- og oxyhydroxidpartikler frigiver brint, når de bestråles

Den kolde krigs plutoniumproduktionsaktiviteter skabte komplekst affald. Forglasning af affaldet til endelig opbevaring kompliceres af aluminium fra oparbejdning af nukleart brændsel. Det er vigtigt at vide, hvordan aluminiumpartikler opfører sig i højradioaktive væsker. Her, forskning fokuseret på fugtige partikler tyder på, at partiklernes bulk egenskaber ikke ændres væsentligt ved radiolyse. Gamma-radiolyse førte til dannelsen af ​​brint fra det adsorberede vand med iltatomerne tilbage på overfladen eller interkalerede i bulken.

På Hanford-stedet i staten Washington, højradioaktivt affald indeholder enorme mængder aluminium-baserede partikler. I årtier, disse partikler er blevet udsat for store doser af ioniserende stråling. Ingeniører skal forstå de strålingsinducerede modifikationer for at hjælpe partikelopløsning og fjernelse fra affaldet. For dem, der forsøger at fjerne affaldet, undersøgelsens resultater bekræfter behovet for at overveje både den uventede kemi og fysik ved grænsefladen mellem fast vand og bulk opløseligheden af ​​aluminiumsfaserne.

På Hanford-stedet, det stærkt alkaliske affald indeholder aluminiumhydroxider og oxyhydroxider, såsom gibbsit (Al(OH)3) og boehmit (AIO(OH)). Disse faste stoffer skal fjernes før forglasning. Aluminiumforbindelserne nedsætter stabiliteten af ​​det forglasede affald gennem udfældning af nefelin. Aluminiumet er ofte i fine partikler, der medføres i processtrømme som slam. Disse små partikler kan forstyrre strømmen af ​​affald.

På Interfacial Dynamics in Radioactive Environments and Materials (IDREAM) Energy Frontier Research Center, forskere undersøger den radiolytiske stabilitet af aluminiumhydroxider og oxyhydroxider, hvor radiolyseeffekterne ved fast-vand-grænsefladen kan skelnes fra strålingsskader på bulkmaterialet.

I dette studie, gibbsit og boehmit blev bestrålet til 2 MGy ved hjælp af gammastråler og til 175 MGy med alfapartikler (separat) og derefter analyseret med en kadre af bulk- og overfladefølsomme karakteriseringsteknikker.

I hvert tilfælde, sammenligning af røntgen-defraktion og Raman-spektroskopi (som er følsomme over for bulkstrukturen) for uberørte og bestrålede prøver viste ringe ændring på grund af radiolyse. For yderligere at studere disse prøver, holdet brugte røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) og totalt elektronudbytte (TEY) røntgenabsorption nær kantstrukturspektroskopi (XANES). I disse tilfælde, beviser for overfladespecifikke ændringer blev afsløret for prøver bestrålet med alfapartikler og med gammastråler. Yderligere karakterisering med XPS af gibbsit og boehmit indikerede reduktion af overfladealuminium(III) til aluminiummetal samt dannelse af ikke-støkiometrisk oxygen ved bestråling med alfapartikler. Aluminium K-edge XPS og TEY XANES afslørede dannelsen af ​​oxygencentrerede defekter. Disse resultater skyldes sandsynligvis tab af hydrogen fra hydroxylgrupperne (OH) og omlejring af de resterende atomer.

Overfladen ser ud til at være følsom over for radiolyse med ringe effekt på bulkmaterialet.