Uma equipe de pesquisadores da Universidade da Carolina do Sul está usando nêutrons para desenvolver materiais mais duráveis ​​e eficientes, chamados formas de resíduos, para armazenar com segurança substâncias perigosas.

A equipe da USC visitou recentemente o Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, para estudar materiais de inclusão de sal (SIMs) que contêm canais internos de silicato com capacidade para imobilizar com segurança o lixo nuclear. Os pesquisadores esperam obter informações valiosas sobre as propriedades dos materiais usando recursos da Spallation Neutron Source do ORNL, como o instrumento POWGEN, Linha de luz SNS 11A.

"Estamos estudando SIMs com a intenção de criar novos materiais que sequestrem de forma mais eficiente e segura elementos de resíduos nucleares como o tecnécio, "disse o investigador principal Hans-Conrad zur Loye." Este é um processo de longo prazo, e esperamos desenvolver a química fundamental necessária para projetar essas formas de resíduos nos próximos anos. "

Os materiais residuais atuam como uma espécie de "bolsa" cristalina para conter os elementos radioativos à medida que se decompõem com o tempo. Os pesquisadores pretendem projetar uma forma de resíduo sob medida para encapsular isótopos radioativos e fornecer salvaguardas adicionais. Por exemplo, se a água vazar para os recipientes, a nova forma de resíduo não se dissolvia.

Os pesquisadores estão estudando reações de troca iônica, o processo pelo qual sais não radioativos são substituídos por radionuclídeos para armazenamento de longo prazo em SIMs. A equipe já havia usado raios-x para analisar os efeitos posteriores das reações e agora planeja tirar proveito da natureza penetrante e não destrutiva dos nêutrons para revelar mudanças estruturais em tempo real. Esse conhecimento ajudará a identificar quais propriedades são necessárias para um material imobilizar efetivamente o lixo nuclear.

"Nós sabemos com o que começamos e com o que acabamos, mas ainda não sabemos o que acontece no meio, "A capacidade de ver o que acontece durante o processo é exclusiva dos nêutrons", disse zur Loye.

Esta pesquisa é conduzida como parte do Center for Hierarchical Waste Form Materials (CHWM), um DOE Energy Frontier Research Center. O objetivo do CHWM é desenvolver novos materiais capazes de armazenar uma concentração maior de lixo nuclear sem permitir que o conteúdo radioativo se infiltre no ambiente circundante. Uma maneira de atingir esse equilíbrio é por meio de materiais hierárquicos como SIMs, que consistem em estruturas menores contidas em estruturas maiores. Os pesquisadores do centro estudam diferentes variações dessas substâncias e modelam novos meios para o armazenamento de lixo nuclear.

"Nosso objetivo é fazer novos materiais de armazenamento de resíduos nucleares para sequestrar radionuclídeos com segurança para que eles não entrem no abastecimento de água ou na atmosfera, "disse zur Loye." Se pudermos projetar um material que forneça uma margem adicional de segurança, poderemos fornecer uma solução segura por milhares de anos. "