En knapptryckning. En LED-lampa lyser på en vätskefylld bägare. Ännu en snärt. Det blir mörkt.

Denna anspråkslösa ljuspuls lyser upp en av de tuffaste utmaningarna på två tidigare kärnvapenplatser. Ljuset kan leda till ett bättre sätt att dra ett besvärande element, americium, ur en soppa av liknande element.

"En sådan separation är viktig av olika anledningar, som att behandla kärnavfall, demontering av kärnvapen, eller renande americium för rökdetektorer, sa Kenneth Hanson, som leder ett ljusdrivet americium-separationsprojekt vid Center for Actinide Science &Technology (CAST) Energy Frontier Research Center och är biträdande professor vid Florida State University. Institutionen för energi (DOE) Office of Science finansierar centret.

Americium är bara ett av de element som forskare måste ta itu med för att städa upp platser där landets kärnvapenarsenaler byggdes. Att hantera dessa element innebär att avslöja vetenskapliga hemligheter om högradioaktiva bråkmakare i de 93 miljoner liter avfall som lagras i delstaten Washington och South Carolina. "Det är i en skala som ibland är svår att förstå, sa Thomas Albrecht-Schmitt, professor vid Florida State University och CAST-chef. "Det är häpnadsväckande."

Avfallsbehandlingsplanen kräver förglasning, en högvärmeprocess som fångar radioaktiva ämnen i fasta "stockar". Tar enkelt bort americium, som genererar oönskad värme, och att lagra den separat från stockarna eller återanvända den kan förenkla avfallshanteringen. Hanson och hans kollegors forskning bygger på en trådig molekyl som binder till alla grundämnen i bägaren. Ljus exciterar bara americium och gör att strängarna permanent förändras. Det gör att bråkmakaren sticker ut och lättare att separera från uran, plutonium, och alla andra tunga grundämnen längst ner i det periodiska systemet. "De är i ett exotiskt område av det periodiska systemet, " sa Stosh Kozimor, en CAST-forskare vid DOE:s Los Alamos National Laboratory.

Kända som aktinider, dessa element är gåtfulla eftersom de är extremt svåra att extrahera, jämfört med vanligare grundämnen som nickel eller järn, och mängden planering, säkerhetsåtgärder, och kostnaden skiljer sig mycket åt.

Dokumentation för radioaktiva bråkmakare. Eftersom dessa gåtfulla element är svåra att studera och orsakar sådana problem vid behandling av kärnavfall, teamet bygger detaljerade beskrivningar av de tunga elementen genom laboratorieexperiment, datorsimuleringar, och beräkningar fokuserade, specifikt, på arrangemanget av elektronerna.

Tunga grundämnen har flest elektroner jämfört med andra grundämnen i det periodiska systemet. Virvlande runt atomens kärna, elektroner påverkar hur ett element binder till de andra elementen runt det. Svaga bindningar innebär att element kan läcka från glasstockarna. Starka band håller bråkmakare inne. Detta är viktigt när man undersöker alternativ som kan göras med mindre energi.

"Bloggarna är riktigt stabila, men vi behöver 2000 grader [Fahrenheit] värme för att göra dem, ", sa Albrecht-Schmitt. "Vi försöker göra material som är lika stabila - som binder tunga grundämnen - men under mycket mildare förhållanden - säg temperaturer runt det som behövs för att koka vatten."

Hitta experter och vänner. Att avslöja tunga elements mysterier kräver ett team med olika perspektiv. "Detta centrum, sa Hanson, "handlar om att ta in människor med olika expertis och som kan bygga samarbetsbroar mellan deras områden och komma på något nytt och intressant."

Till exempel, Hanson, en fotokemist, fokuserar på solceller. "I grund och botten, Jag kom från perspektivet att ljus kan lösa alla världens problem, " sa Hanson. "Tom [Albrecht-Schmitt] vet allt om de tunga elementen. Tillsammans, vi kan lösa problem."

En annan aspekt av mångfald på CAST är erfarenhet av att arbeta med radioaktivt material på användaranläggningar. Kozimor är snabb att kreditera användarsupportteamet på SLAC National Accelerator Laboratory, där han arbetar med synkrotroner. "SLAC har en enastående säkerhetsgrupp och ett helt team av strållinjeforskare och ingenjörer som vill arbeta med radioaktiva prover, sa Kozimor.

Ett så mångsidigt team som CAST fungerar bara om människor är villiga att dela idéer och arbeta tillsammans. "Att hitta människor som du kan lita på att dela idéer med och vara kreativ med är stort, " sa Kozimor. "På CAST, vi har de människorna."

"Jag är nöjd med hur det går, " sa Albrecht-Schmitt. Navigera genom utmaningarna, teamet gör den långa resan för att upptäcka hur tunga grundämnen beter sig för att lätta vägen till finjustering av kärnavfallshanteringen.