Lyser vejen til fjernelse af radioaktive elementer

Et slag med en switch. Et LED-lys skinner på et væskefyldt bægerglas. En anden svirp. Det bliver mørkt.

Denne beskedne lyspuls belyser en af ​​de hårdeste udfordringer på to tidligere atomvåbensteder. Lyset kan føre til en bedre måde at trække et bekymrende element på, americium, ud af en suppe af lignende elementer.

"En sådan adskillelse er afgørende af forskellige årsager, såsom behandling af atomaffald, demontering af atomvåben, eller rensende americium til røgdetektorer, "sagde Kenneth Hanson, som leder et lysdrevet americium separationsprojekt ved Center for Actinide Science &Technology (CAST) Energy Frontier Research Center og er adjunkt ved Florida State University. Department of Energy's (DOE) Office of Science finansierer centret.

Americium er blot et af de elementer, forskere skal håndtere for at rydde op i steder, hvor nationens atomarsenaler blev bygget. Håndtering af disse elementer betyder at afdække videnskabelige hemmeligheder om meget radioaktive ballademagere i de 93 millioner liter affald, der er lagret i Washington State og South Carolina. "Det er på en skala, der nogle gange er svær at overskue, "sagde Thomas Albrecht-Schmitt, en professor ved Florida State University og CAST -direktør. "Det er svimlende."

Affaldsbehandlingsplanen opfordrer til forglasning, en proces med høj varme, der fanger radioaktive elementer i faste "logs". Fjern nemt americium, som genererer uønsket varme, og opbevaring af det adskilt fra bjælkerne eller genbrug af det kan forenkle affaldsbehandlingen. Hanson og hans kollegers forskning er afhængig af et snorligt molekyle, der binder sig til alle elementerne i bægeret. Lys ophidser bare americium og får strengene til permanent at ændre sig. Det får ballademageren til at skille sig ud og lettere at adskille fra uran, plutonium, og alle de andre tunge elementer i bunden af ​​det periodiske system. "De er i et eksotisk område i det periodiske system, "sagde Stosh Kozimor, en CAST -forsker ved DOE's Los Alamos National Laboratory.

Kendt som actinider, disse elementer er gådefulde, fordi de er ekstremt vanskelige at udtrække, sammenlignet med mere almindelige elementer såsom nikkel eller jern, og mængden af ​​planlægning, sikkerhedsforanstaltninger, og omkostningerne er meget forskellige.

Dossierer til radioaktive ballademagere. Fordi disse gådefulde elementer er vanskelige at studere og forårsager sådanne bekymringer ved behandling af atomaffald, teamet bygger detaljerede beskrivelser af de tunge elementer gennem laboratorieforsøg, computersimuleringer, og beregninger fokuseret, specifikt, om elektronernes indretning.

Tunge elementer har flest elektroner sammenlignet med andre grundstoffer i det periodiske system. Virvlende rundt om atomets kerne, elektroner påvirker, hvordan et element binder sig til de andre elementer omkring det. Svage bindinger betyder, at elementer kan udvaskes fra glasstammerne. Stærke obligationer holder ballademagere inde. Dette er vigtigt, når man undersøger alternativer, der kunne laves ved at bruge mindre energi.

"Stammerne er virkelig stabile, men vi har brug for 2000 grader [Fahrenheit] varme for at lave dem, "sagde Albrecht-Schmitt." Vi forsøger at lave materialer, der er lige så stabile-som binder tunge elementer-men under meget mildere forhold-siger temperaturer omkring det, der var nødvendigt for at koge vand. "

At finde eksperter og venner. At afdække mysterierne ved tunge elementer kræver et team med forskellige perspektiver. "Dette center, sagde Hanson, "handler om at hente folk med forskellig ekspertise, og som kan bygge samarbejdsbroer mellem deres områder og finde på noget nyt og interessant."

For eksempel, Hanson, en fotokemiker, fokuserer på solceller. "I bund og grund, Jeg kom fra det perspektiv, at lys kan løse alle verdens problemer, "sagde Hanson." Tom [Albrecht-Schmitt] ved alt om de tunge elementer. Sammen, vi kan løse problemer. "

Et andet aspekt af mangfoldighed hos CAST er erfaring med at arbejde med radioaktive materialer på brugerfaciliteter. Kozimor er hurtig til at kreditere brugerstøtteteamet på SLAC National Accelerator Laboratory, hvor han arbejder med synkrotroner. "SLAC har en fremragende sikkerhedsgruppe og et helt team af stråleforskere og ingeniører, der ønsker at arbejde med radioaktive prøver, "sagde Kozimor.

Et så mangfoldigt team som CAST fungerer kun, hvis folk er villige til at dele ideer og arbejde sammen. "At finde folk, som du kan stole på at dele ideer med og være kreativ med, er stort, "sagde Kozimor." I CAST, vi har de mennesker. "

"Jeg er glad for, hvordan det går, "sagde Albrecht-Schmitt. Navigerer gennem udfordringerne, holdet tager den lange rejse for at opdage, hvordan tunge elementer opfører sig for at belyse vejen til finjustering af atomaffaldsbehandling.