Nukleära icke-spridningsforskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har publicerat Compendium of Uranium Raman and Infrared Experimental Spectra, eller CURIES, en offentlig databas och analys av struktur-spektrala samband för uranmineraler. Denna första datauppsättning i sitt slag och motsvarande analys fyller en nyckellucka i den befintliga kunskapsmassan för mineraloger och aktinidforskare.
Laserbaserade vibrationsspektroskopimetoder som Raman och IR används ofta av icke-spridningsmaterialforskare eftersom de är snabba, nominellt icke-destruktiva och kan ge direkt insikt i vad ett material innehåller. Där spektrala tilldelningar kan vara svåra, använder CURIES-databasen strukturell information, ämnesexpertis och statistisk analys för att fastställa nyckelegenskaper hos Raman-spektra baserat på deras strukturella ursprung.
"När jag gick på gymnasiet och studerade uranmineralogi, fanns det inget enskilt förvar för att leta upp en egenskap hos ett prov och jämföra det för identifiering", säger ORNL:s Tyler Spano, huvudförfattare till CURIES-artikeln i American Mineralogist i> .
"Vad vi gjorde var att sammanföra data från många olika källor, inklusive strukturell information och spektroskopi, för att förstå spektrala egenskaper och likheter när de relaterar till kemiska, strukturella och andra egenskaper." ORNL-teamet hoppas att CURIES kommer att stödja forskare som letar efter nya relationer mellan olika typer av uranmaterial och främja utvecklingen av snabb karakterisering och analys av spektra som samlats in på nya material.
Spano stöder ORNL:s icke-spridningsuppdrag för kärnvapen, vilket ger henne möjlighet att "se konstigt material som inte finns i en databas någonstans." Men innan Spano gick med i ORNL 2020 hade andra ORNL-kärnkraftsforskare en liknande idé om att gå bortom mönstermatchning för materialidentifiering. Ashley Shields, en ORNL kärnsäkerhetsforskare, pratade med kollegor om att införliva maskininlärning för att hitta subtila egenskaper och signaturer på material som är känt inom icke-spridningsområdet.
CURIES hämtar data från olika källor för att hjälpa användare att snabbt identifiera underliggande strukturella och kemiska egenskaper hos ett prov enbart baserat på dess spektrum. En del av CURIES data kommer från publicerade arbeten, inklusive akademiska tidskrifter och befintliga databaser, medan en del är en unik version av metadata som härrör från Raman-spektroskopi och karakteriseringsarbete utfört av ORNL-forskare.
"Raman-spektroskopi är en nyckelkomponent eftersom den kan ge dig mycket specifika indikatorer på speciella materialstrukturer", säger Jennifer Niedziela, ledare på ORNL inom tillämpad materialanalys.
"Vi kan nu dela information som finns i systemets vibrationsdynamik, strukturen, komponenten och alla typer av bearbetningsmetoder som kan ha tillämpats på det." Genom att använda den integrerade analysplattformen Smart Spectral Matching som utvecklats vid labbet kan CURIES-användare enkelt koppla samman informationsbitar för maximalt värdeextraktion från ett visst prov.
Användargränssnittet på CURIES står för olika sätt som användare interagerar med mineralprover. Marshall McDonnell, en forskningsprogramvaruingenjör på ORNL, ledde ett team som skapade webbplattformen för att förstå koncept, inte bara matcha sökord. "Eftersom vi använder en mängd olika datakällor för databasen var det viktigt att lära programmet att matcha koncept över beräkningsdatauppsättningar, akademiska tidskrifter och andra källor med helt andra ordförråd."
Tack vare ett samarbete med University of North Florida, integrerade teamet en kemisk dataontologi för att underlätta för användaren att samla flera typer av data.
CURIES fortsätter att utvecklas, med mer information om varje mineral och bättre algoritmer för att hitta kopplingar. Nya mineralprover fortsätter att läggas till CURIES med tillstånd av ORNL-samarbetspartner Travis Olds, biträdande curator för mineraler vid Carnegie Museum of Natural History och Spanos forskarskolakollega. "Vårt team från ORNL kunde överbrygga data och expertis från begåvade forskare för att göra något underbart för samhället," sa Niedziela.
Mer information: Tyler L. Spano et al, CURIES:Compendium of uranium Raman and infrared experimental spectra, American Mineralogist (2023). DOI:10.2138/am-2022-8738
Journalinformation: Amerikansk mineralog
Tillhandahålls av Oak Ridge National Laboratory
