Um toque de um botão. Uma luz LED brilha em um copo cheio de líquido. Outro movimento. Vai escurecer.

Este modesto pulso de luz ilumina um dos desafios mais difíceis em dois antigos locais de armas nucleares. A luz pode levar a uma maneira melhor de puxar um elemento problemático, americium, de uma sopa de elementos semelhantes.

"Essa separação é vital por vários motivos, como o tratamento de lixo nuclear, desmantelando armas nucleares, ou purificando amerício para detectores de fumaça, "disse Kenneth Hanson, que lidera um projeto de separação de amerício movido a luz no Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia do Centro de Ciência e Tecnologia de Actinídeos (CAST) e é professor assistente na Florida State University. O Escritório de Ciência do Departamento de Energia (DOE) financia o centro.

Amerício é apenas um dos elementos com que os cientistas devem lidar para limpar os locais onde foram construídos os arsenais nucleares do país. Gerenciar esses elementos significa descobrir segredos científicos sobre criadores de problemas altamente radioativos nos 93 milhões de galões de resíduos armazenados no estado de Washington e na Carolina do Sul. "Está em uma escala que às vezes é difícil de entender, "disse Thomas Albrecht-Schmitt, professor da Florida State University e diretor do CAST. "É impressionante."

O plano de tratamento de resíduos exige vitrificação, um processo de alta temperatura que captura elementos radioativos em "toras" sólidas. Removendo facilmente o amerício, que gera calor indesejado, e armazená-lo separadamente das toras ou reutilizá-lo pode simplificar o tratamento de resíduos. A pesquisa de Hanson e seus colegas baseia-se em uma molécula fibrosa que se liga a todos os elementos do copo. A luz excita apenas o amerício e faz com que as cordas mudem permanentemente. Isso faz com que o causador de problemas se destaque e seja mais fácil de separar do urânio, plutônio, e todos os outros elementos pesados ​​na parte inferior da Tabela Periódica. “Eles estão em uma área exótica da Tabela Periódica, "disse Stosh Kozimor, um cientista do CAST do Laboratório Nacional de Los Alamos do DOE.

Conhecidos como actinídeos, esses elementos são enigmáticos porque são extremamente difíceis de extrair, em comparação com elementos mais comuns, como níquel ou ferro, e a quantidade de planejamento, precauções de segurança, e o custo é muito diferente.

Dossiê para desordeiros radioativos. Como esses elementos enigmáticos são difíceis de estudar e causam tais preocupações no tratamento de resíduos nucleares, a equipe está construindo descrições detalhadas dos elementos pesados ​​por meio de experimentos de laboratório, simulações de computador, e cálculos focados, especificamente, no arranjo dos elétrons.

Os elementos pesados ​​têm mais elétrons em comparação com outros elementos da Tabela Periódica. Girando em torno do núcleo do átomo, os elétrons influenciam como um elemento se liga aos outros elementos ao seu redor. Ligações fracas significam que os elementos podem vazar das toras de vidro. Vínculos fortes mantêm os criadores de problemas. Isso é importante ao examinar alternativas que poderiam ser feitas usando menos energia.

"Os logs são realmente estáveis, mas precisamos de 2.000 graus [Fahrenheit] de calor para torná-los, ", disse Albrecht-Schmitt." Estamos tentando fazer materiais que sejam tão estáveis ​​- que ligam elementos pesados ​​- mas sob condições muito mais amenas - digamos, temperaturas próximas às necessárias para ferver a água. "

Encontrar especialistas e amigos. Desvendar os mistérios de elementos pesados ​​requer uma equipe com diversas perspectivas. "Este centro, "disse Hanson, "é trazer pessoas com diferentes conhecimentos e que possam construir pontes colaborativas entre suas áreas e chegar a algo novo e interessante."

Por exemplo, Hanson, um fotoquímico, concentra-se em células solares. "Basicamente, Eu vim da perspectiva de que a luz pode resolver todos os problemas do mundo, "disse Hanson." Tom [Albrecht-Schmitt] sabe tudo sobre os elementos pesados. Juntos, podemos resolver problemas. "

Outro aspecto da diversidade no CAST é a experiência de trabalho com materiais radioativos nas instalações do usuário. Kozimor é rápido em dar crédito à equipe de suporte ao usuário do SLAC National Accelerator Laboratory, onde ele trabalha com síncrotrons. "O SLAC tem um grupo de segurança excepcional e toda uma equipe de cientistas e engenheiros de linhas de luz que desejam trabalhar em amostras radioativas, "disse Kozimor.

Uma equipe tão diversa como o CAST só funciona se as pessoas estiverem dispostas a compartilhar ideias e trabalhar juntas. "Encontrar pessoas em quem você pode confiar para compartilhar ideias e ser criativo é muito importante, "disse Kozimor." No CAST, nós temos essas pessoas. "

"Estou muito feliz com a forma como as coisas estão indo, "disse Albrecht-Schmitt. Navegando pelos desafios, a equipe está fazendo uma longa jornada para descobrir como os elementos pesados ​​se comportam para iluminar o caminho para o ajuste fino do tratamento de resíduos nucleares.