Ett team av forskare från University of South Carolina använder neutroner för att utveckla mer hållbara och effektiva material som kallas avfallsformer för säker förvaring av farliga ämnen.

USC-teamet besökte nyligen Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory för att studera saltinkluderande material (SIM) som innehåller interna silikatkanaler med kapacitet att säkert immobilisera kärnavfall. Forskarna hoppas kunna få värdefull inblick i materialets egenskaper med hjälp av resurser vid ORNL:s Spallation Neutron Source, såsom POWGEN -instrumentet, SNS beamline 11A.

"Vi studerar SIM -kort med avsikt att skapa nya material som mer effektivt och säkert avlägsnar kärnavfallselement som technetium, "sa huvudutredaren Hans-Conrad zur Loye." Detta är en långsiktig process, och vi hoppas kunna utveckla den grundläggande kemi som behövs för att designa dessa avfallsformer under de närmaste åren. "

Avfallsmaterial fungerar som ett slags kristallint "påse" för att innehålla radioaktiva element när de förfaller över tid. Forskarna syftar till att utforma en skräddarsydd avfallsform för att inkapsla radioaktiva isotoper och ge ytterligare skyddsåtgärder. Till exempel, om vatten läcker in i behållarna, den nya avfallsformen skulle inte lösa sig.

Forskarna studerar jonbytesreaktioner, processen genom vilken icke-radioaktiva salter ersätts med radionuklider för långtidslagring i SIM-kort. Teamet hade tidigare använt röntgenstrålar för att analysera reaktionernas efterverkningar och planerar nu att dra nytta av neutroners penetrerande och oförstörande natur för att avslöja strukturförändringar i realtid. Denna kunskap hjälper till att identifiera vilka egenskaper som behövs för att ett material effektivt ska kunna immobilisera kärnavfall.

"Vi vet vad vi börjar med och vad vi slutar med, men vi vet ännu inte vad som händer i mitten "zur Loye." Förmågan att se vad som händer under processen är unik för neutroner. "

Denna forskning bedrivs som en del av Center for Hierarchical Waste Form Materials (CHWM), ett DOE Energy Frontier Research Center. CHWM:s mål är att utveckla nya material som kan lagra en högre koncentration av kärnavfall utan att låta radioaktivt innehåll tränga in i omgivningen. Ett sätt att uppnå denna balans är genom hierarkiska material som SIM -kort, som består av mindre strukturer som finns i större. Forskare vid centret studerar olika variationer av dessa ämnen och modellerar nya medier för lagring av kärnavfall.

"Vårt mål är att göra nya lagringsmaterial för kärnavfall för att säkert avlägsna radionuklider så att de inte kommer in i vattentillförseln eller atmosfären, "sa zur Loye." Om vi ​​kan designa ett material som ger en extra säkerhetsmarginal, vi kanske kan erbjuda en säker lösning i tusentals år framöver. "