Visitando a coleção de arte e ferramentas americanas pré-colombianas do Museu Gilcrease em Tulsa, OK, a gente continua voltando para as facas de obsidiana, pontas de flecha (ou "pontas de projéteis, "para antropólogos), e até enfeites de orelha - preto brilhante, suave, e vítreo. Por dezenas de milhares de anos, povos indígenas criaram esses itens com lava resfriada, bonito, mas também capaz de manter uma vantagem por milênios. A mesma coleção do museu também possui facas de metal, alguns com apenas alguns séculos de idade, já esburacado e enferrujado, e uma variedade de itens de cerâmica em vários estágios de deterioração, desde surpreendentemente imaculados até desbotados e rachados. Claramente, esses diferentes materiais - obsidiana vítrea, cerâmica terrosa, e metálicos - têm propriedades que influenciam como eles resistem ao teste do tempo.

"Existem questões difíceis em compreender como os materiais se corroem ao longo de períodos de tempo realmente longos, "disse Gerald Frankel, diretor do Centro de Desempenho e Design de Formulários e Recipientes de Resíduos Nucleares (WastePD). "Estas são questões científicas, "ele continuou." É por isso que precisamos da ciência fundamental. "

Frankel, um professor da Ohio State University, concentra essa lente científica no vidro, cerâmica, e metais usados ​​para reter sobras da Guerra Fria, incluindo ~ 90 milhões de galões de líquido radioativo e lama (como areia molhada de praia). Solidificar os resíduos como vidro ou cerâmica impede que eles vazem para o solo e águas subterrâneas. A forma sólida retém os resíduos por milhares de anos, dando tempo à matéria radioativa para se decompor a níveis mais seguros.

Para solidificar os resíduos, é preparado e misturado às receitas de vidro ou cerâmica. Os resíduos solidificados, a.k.a. forma de resíduos, é então colocado em recipientes de metal especialmente projetados e armazenado. Resíduos de defesa na Carolina do Sul já estão sendo envidraçados. Outra planta desse tipo está em construção no estado de Washington.

Embora de vidro, cerâmica, e as formas de metal existem há muito tempo, pesquisadores ainda não sabem detalhes importantes sobre como os materiais se desintegram, dissolver, ou desfazer. "Agora mesmo, não entendemos resíduos de corrosão o suficiente para chegar a um bom modelo, "disse Frankel.

Você não pode simplesmente sair e fazer suas coisas sozinho. Para desenvolver a ciência subjacente necessária para modelar resíduos de corrosão, Frankel reuniu cientistas de materiais, engenheiros, modeladores de computador, e teóricos como WastePD, um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia financiado pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia (DOE).

As diferentes perspectivas dão à equipe uma visão ampla das questões científicas. Melhor ainda, eles oferecem mais técnicas, Ferramentas, e know-how para obter respostas. Mas colaborando, especialmente em nove fusos horários, tem seus desafios. "Passamos muito tempo interagindo, "disse Frankel." Você não pode simplesmente sair e fazer suas coisas sozinho. "

Uma vitória precoce para a equipe estava resolvendo um problema particularmente incômodo envolvendo a água em formas de resíduos de vidro.

O tempo e a maré não esperam perda. Os pesquisadores presumem que durante os milhares de anos em que os resíduos permanecem armazenados, a água da chuva ou subterrânea entrará.

Quando o vidro está coberto de água, forma-se uma camada protetora ou instável. O filme instável acelera a corrosão do vidro, fazendo com que o vidro se desintegre muito mais rápido do que se tivesse uma película protetora.

"Para determinar o que impulsiona a formação, temos que olhar em detalhes, "disse John Vienna, que lidera a área de impulso de vidro da WastePD e trabalha no Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do DOE.

Mas as reações ocorrem debaixo d'água. Embora você possa ver a superfície facilmente, as técnicas convencionais não são projetadas para obter dados precisos em uma superfície subaquática. "Tem sido um Santo Graal da química, "disse Viena.

A equipe encontrou uma maneira de colaborar. Cada membro da equipe trouxe ideias e as aplicou. É como reunir uma dúzia de chefs de renome internacional e pedir-lhes que cozinhem um peixe, e então combinar todo esse conhecimento e técnicas para fazer algo que ninguém viu antes.

Eles começaram congelando água pura no vidro. É como um congelado, Bolo de folha de chocolate com cobertura de vidro e água como cobertura. Eles cortaram um pedaço fino, como cortar uma pequena porção, e analisou. Eles repetiram o experimento a cada poucos segundos, pois a água causou a formação de uma camada porosa instável no vidro, essencialmente criando um flipbook sofisticado.

A camada perturbadora formada pela reação da água e do vidro retira pequenos pedaços de vidro da superfície e permite que a água entre, assim como poderia em um local de armazenamento. A estrutura do filme - quantos poros se formam, quão profundo, e a que distância entre eles - determina a rapidez com que o vidro se desintegra.

"Nossa colaboração foi uma espécie de casamento forçado no início, "disse Viena. O estudo da corrosão do vidro na água é apenas um exemplo de como reunir diferentes pessoas, instrumentos diferentes, e ideias diferentes podem levar a uma solução. "Agora, estamos fazendo um progresso real usando técnicas que eram usadas apenas em uma área e maneiras de ver os problemas. "