För att förstå hur radioisotoper rör sig genom jordar, forskare använde samma avbildningstekniker som används för att spåra isotoperna under medicinska tester, med fokus på transport över gränssnitt. Forskningen använde olika typer av CAT-skanningar av gränssnitt i en kolumn som innehöll pärlor av olika storlek (i bilden uppe till vänster, vita cirklar är 2-millimeters pärlor) för att förstå flödet och ansamlingen av radioaktiva arter. Områden med högre radioaktivitet indikeras av de blå områdena i den nedre vänstra bilden. I time-lapse-bilderna till höger, lokala (A) och globala (D) olikformiga flödesfenomen observeras (mm=millimeter, t=tid). I den nedre högra bilden, "E" indikerar placeringen av filterpapper i kolumnen. Kredit:US Department of Energy
Att göra sig av med avfall från kärnvapenproduktion är viktigt för nationell säkerhet. Att veta hur teknetium och andra isotoper beter sig vid lagringsplatser under ytan är avgörande. Tidigare studier av radionuklidrörlighet har begränsats till efterhand destruktiv provtagning av marken. Denna studie anpassade två välkända medicinska avbildningstekniker för att utföra oförstörande analys. SPECT (single-photon emission computed tomography) avbildning avslöjade ojämn transport. Röntgen datortomografi korrelerade porer och andra strukturella egenskaper.
Denna studie visade att kombinationen av dessa vanliga medicinska avbildningstekniker ger tillräcklig upplösning för icke-invasiv avbildning av transportprocesser i jord och berg. Det ger också insikter om föredragna flödesvägar och reaktiv transport. Detta arbete skulle kunna leda till bättre storskaliga förutsägelser om utsläpp och transport av radioaktiva isotoper. Att förstå hur isotoper rör sig är avgörande för riskanalys av avfallshantering under ytan.
Befintliga tekniker för att förstå radionuklidtransport i miljön fångar inte helt 3D-komplexiteten av transport i jord- och avfallsformer. För att förstå påverkan av kopplade processer på transport i miljön, ett team ledd av forskare från Clemson University kombinerade medicinska avbildningstekniker för att övervaka dynamiska radionuklidexperiment i blandningar av jord och glaspärlor. De använde jord och glaspärlor som modell för att undersöka livsdugligheten hos dessa bildtekniker för att studera potentiell miljötransport om avfallsformerna misslyckades eller bröts. De kombinerade vanligt använda SPECT (single-photon emission computed tomography) med väletablerad röntgendatortomografi (CT). De tidsförflutna SPECT-bilderna illustrerade både lokala och globala olikformiga transportfenomen, och högupplösta CT-data möjliggjorde korrelationer av olikformighet med strukturella egenskaper inom materialen, såsom makroporer.
Dessa kombinerade data kan effektivt användas för att upptäcka frakturer, makroporer, och permeabilitetsvariationer såväl som olikformiga flödesvägar. Direkt avbildning av koncentrationsförändringar under transport kan möjliggöra testning och förfining av modeller som beskriver hur radionuklider interagerar med geologiska och mänskligt tillverkade material. Dessa insikter kan främja vår grundläggande förståelse av biogeokemiska processer i porösa medier, vilket är viktigt i storskaliga miljöriskanalyser.
