Kalla krigets plutoniumproduktion skapade komplext avfall. Att förglasa avfallet för slutförvaring kompliceras av aluminium från upparbetning av kärnbränsle. Att veta hur aluminiumpartiklar beter sig i mycket radioaktiva vätskor är viktigt. Här, forskning fokuserad på fuktiga partiklar tyder på att partiklarnas bulkegenskaper inte förändras väsentligt vid radiolys. Gammaradiolys ledde till bildningen av väte från det adsorberade vattnet med syreatomerna kvar på ytan eller interkalerade in i bulken.

På Hanford-platsen i delstaten Washington, radioaktivt avfall på hög nivå innehåller stora mängder aluminiumbaserade partiklar. I årtionden, dessa partiklar har utsatts för stora doser av joniserande strålning. Ingenjörer måste förstå de strålningsinducerade modifieringarna för att underlätta partikelupplösning och avlägsnande från avfallet. För dem som försöker ta bort avfallet, studiens resultat bekräftar behovet av att ta hänsyn till både den oväntade kemin och fysiken vid gränsytan mellan fast vatten och bulklösligheten av aluminiumfaserna.

På Hanford-platsen, det mycket alkaliska avfallet innehåller aluminiumhydroxider och oxihydroxider, såsom gibbsit (Al(OH)3) och böhmit (AlO(OH)). Dessa fasta ämnen måste avlägsnas före förglasning. Aluminiumföreningarna minskar stabiliteten hos det förglasade avfallet genom utfällning av nefelin. Aluminiumet är ofta i fina partiklar som är inblandade i processströmmar som uppslamningar. Dessa små partiklar kan störa avfallsflödet.

Vid Interfacial Dynamics in Radioactive Environments and Materials (IDREAM) Energy Frontier Research Center, forskare undersöker den radiolytiska stabiliteten hos aluminiumhydroxider och oxihydroxider, där radiolyseffekterna vid gränsytan mellan fast vatten kan särskiljas från strålningsskador på bulkmaterialet.

I den här studien, gibbsite och boehmite bestrålades till 2 MGy med användning av gammastrålar och till 175 MGy med alfa -partiklar (separat) och analyserades sedan med en rad bulk- och ytkänsliga karakteriseringstekniker.

I varje fall, jämförelse av röntgendefraktion och Raman-spektroskopi (som är känsliga för bulkstrukturen) för orörda och bestrålade prover visade liten förändring på grund av radiolys. För att ytterligare studera dessa prover, teamet använde röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) och totalt elektronutbyte (TEY) röntgenabsorption nära kantstrukturspektroskopi (XANES). I dessa fall, bevis för ytspecifika förändringar avslöjades för prover bestrålade med alfapartiklar och med gammastrålar. Ytterligare karakterisering med XPS av gibbsit och boehmit indikerade minskning av ytaluminium (III) till aluminiummetall samt bildandet av icke-stökiometriskt syre vid bestrålning med alfapartiklar. Aluminium K-edge XPS och TEY XANES avslöjade bildandet av syre-centrerade defekter. Dessa resultat beror troligen på förlust av väte från hydroxylgrupperna (OH) och omarrangemang av de återstående atomerna.

Ytan verkar vara känslig för radiolys med liten effekt på bulkmaterialet.