Ett lovande tillvägagångssätt för att stabilisera uranföroreningar i jord är att omsluta det radioaktiva uranet till järnhaltiga mineraler som hematit. Men hur väl binder uran med hematit och hur länge? Forskare har varit oense om den kemiska strukturen av uran bunden i hematit, försvårar långsiktiga förutsägelser. Genom att kombinera exakt experimentell karakterisering med molekylär dynamisk modellering, har ett internationellt forskargrupp upptäckt svaret. Och det är inte vad någon förväntade sig.

Uranföroreningar lurar i grundvatten och jord på US Department of Energy (DOE) och under många industriområden runt om i världen, och vissa former kan lätt transporteras. Ett tillvägagångssätt för att begränsa urans rörlighet är att öka dess bindning med järnoxider eller andra mineraler. Att göra det kan också göra det möjligt för forskare att bättre förutsäga sitt långsiktiga beteende för att säkerställa att uran förblir stabiliserat i tusentals år.

Medan forskare har studerat bindningen av uran till järnhaltiga mineraler under en tid med hjälp av röntgenspektroskopi, olika forskare har tolkat liknande data på drastiskt olika sätt. Detta har varit ett tufft problem eftersom uran, som en fyrkantig pinne i ett runt hål, bör inte passa in i kristallstrukturen hos hematit, ett av de vanligaste järnmineralerna som finns i jord. Lösningen, utvecklat av forskare vid Pacific Northwest National Laboratory och University of Manchester, vänder tidigare verk på huvudet. Med stöd från DOE's Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, Geovetenskapsprogram på PNNL, och använder Cascade -superdatorn vid EMSL, Environmental Molecular Sciences Laboratory, en användaranläggning för DOE Office of Science, laget beräknade många möjliga atomstrukturer av uran införlivade i strukturen av detta mineral.

De upptäckte att lediga platser som skapades i hematitens atomstruktur under dess bildning rymmer uranet. Varken detta boende eller den flexibilitet som uranet visade förväntades. Denna bindande process hade aldrig tidigare identifierats, men de metoder som används för att göra detta fynd kan förklara ett antal mysterier som tidigare rapporterats i den vetenskapliga litteraturen. Arbetet öppnar dörren till nya studier om hur andra radioaktiva föroreningar binder till markmineraler och kommer att leda till mer exakta förutsägelser om hur dessa föroreningar beter sig i miljön.