Forskere udgiver den første af sin slags database for uranmineraler

Nuklear ikke-spredningsforskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har udgivet Compendium of Uranium Raman and Infrared Experimental Spectra, eller CURIES, en offentlig database og analyse af struktur-spektrale forhold for uranmineraler. Dette første af sin slags datasæt og tilsvarende analyse udfylder et vigtigt hul i den eksisterende viden for mineraloger og aktinid-forskere.

Laserbaserede vibrationsspektroskopimetoder, såsom Raman og IR, anvendes ofte af ikke-spredningsmaterialeforskere, fordi de er hurtige, nominelt ikke-destruktive og kan give direkte indsigt i, hvad et materiale indeholder. Hvor spektrale tildelinger kan være vanskelige, bruger CURIES-databasen strukturel information, emneekspertise og statistisk analyse til at bestemme nøgletræk ved Raman-spektrene baseret på deres strukturelle oprindelse.

"Da jeg gik på gymnasiet og studerede uranmineralogi, var der ikke noget enkelt depot til at slå en funktion af en prøve op og sammenligne den med henblik på identifikation," sagde ORNLs Tyler Spano, hovedforfatter på CURIES-artiklen i American Mineralogist i> .

"Det, vi gjorde, var at samle data fra mange forskellige kilder, herunder strukturel information og spektroskopi, for at forstå spektrale træk og ligheder, når de relaterer til kemiske, strukturelle og andre egenskaber." ORNL-teamet håber, at CURIES vil støtte forskere, der leder efter nye relationer mellem forskellige typer uranmaterialer og fremme udviklingen af ​​hurtig karakterisering og analyse af spektre indsamlet på nye materialer.

Spano støtter ORNL's nukleare ikke-spredningsmission, som giver hende mulighed for at "se mærkeligt materiale, der ikke er i en database nogen steder." Men før Spano sluttede sig til ORNL i 2020, havde andre ORNL-atomforskere en lignende idé om at bevæge sig ud over mønstermatching for materialeidentifikation. Ashley Shields, en ORNL-atomsikkerhedsforsker, talte med kolleger om at inkorporere maskinlæring for at finde subtile funktioner og signaturer på materialer, der er kendt inden for ikke-spredningsområdet.

CURIES henter data fra forskellige kilder for at hjælpe brugere med hurtigt at identificere de underliggende strukturelle og kemiske egenskaber af en prøve udelukkende baseret på dens spektrum. Nogle af CURIES's data kommer fra offentliggjort arbejde, herunder akademiske tidsskrifter og eksisterende databaser, mens nogle er en unik version af metadata, der stammer fra Raman-spektroskopi og karakteriseringsarbejde udført af ORNL-forskere.

"Raman-spektroskopi er en nøglekomponent, fordi den kan give dig meget specifikke indikatorer for bestemte materialestrukturer," sagde Jennifer Niedziela, leder hos ORNL inden for anvendt materialeanalyse.

"Vi kan nu dele information indeholdt i systemets vibrationsdynamik, strukturen, komponenten og enhver form for behandlingsmetoder, der måtte være blevet anvendt på det." Ved at bruge den integrerede analyseplatform Smart Spectral Matching, der er udviklet i laboratoriet, kan CURIES-brugere nemt forbinde stykker information for maksimal værdiudtrækning fra en bestemt prøve.

Brugergrænsefladen på CURIES står for forskellige måder, brugere interagerer med mineralprøver på. Marshall McDonnell, en forskningssoftwareingeniør hos ORNL, ledede et team, der skabte webplatformen for at forstå koncepter, ikke kun matche søgeord. "Da vi bruger en række forskellige datakilder til databasen, var det vigtigt at lære programmet at matche koncepter på tværs af beregningsdatasæt, akademiske tidsskrifter og andre kilder med helt andre ordforråd."

Takket være et samarbejde med University of North Florida integrerede teamet en kemisk dataontologi for at gøre det lettere for brugeren at samle talrige typer data.

CURIES fortsætter med at udvikle sig, med flere oplysninger om hvert mineral og bedre algoritmer for at hjælpe med at finde forbindelser. Nye mineralprøver bliver fortsat føjet til CURIES takket være ORNL-samarbejdspartner Travis Olds, assisterende kurator for mineraler ved Carnegie Museum of Natural History og Spanos graduate school-kollega. "Vores team fra ORNL var i stand til at bygge bro mellem data og ekspertise hos talentfulde forskere for at skabe noget vidunderligt for samfundet," sagde Niedziela.

Flere oplysninger: Tyler L. Spano et al., CURIES:Compendium of uranium Raman and infrared experimental spectra, American Mineralogist (2023). DOI:10.2138/am-2022-8738

Journaloplysninger: Amerikansk mineralog

Leveret af Oak Ridge National Laboratory