Un team di ricercatori dell'Università della Carolina del Sud sta usando i neutroni per sviluppare materiali più durevoli ed efficienti chiamati forme di rifiuto per lo stoccaggio sicuro di sostanze pericolose.

Il team dell'USC ha recentemente visitato l'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia per studiare i materiali a inclusione di sale (SIM) che contengono canali interni di silicato con la capacità di immobilizzare in sicurezza le scorie nucleari. I ricercatori sperano di ottenere preziose informazioni sulle proprietà dei materiali utilizzando le risorse della Spallation Neutron Source di ORNL come lo strumento POWGEN, Linea di luce SNS 11A.

"Stiamo studiando le SIM con l'intento di creare nuovi materiali che sequestrino in modo più efficiente e sicuro elementi di scorie nucleari come il tecnezio, " ha affermato il ricercatore principale Hans-Conrad zur Loye. "Questo è un processo a lungo termine, e speriamo di sviluppare la chimica fondamentale necessaria per progettare queste forme di rifiuti nei prossimi anni".

I materiali di scarto agiscono come una sorta di "sacco" cristallino per contenere elementi radioattivi mentre decadono nel tempo. I ricercatori mirano a progettare una forma di rifiuto su misura per incapsulare isotopi radioattivi e fornire ulteriori garanzie. Per esempio, se l'acqua fuoriesce nei contenitori, la nuova forma di rifiuto non si dissolverebbe.

I ricercatori stanno studiando reazioni di scambio ionico, il processo mediante il quale i sali non radioattivi vengono sostituiti con radionuclidi per la conservazione a lungo termine nelle SIM. Il team aveva precedentemente utilizzato i raggi X per analizzare gli effetti collaterali delle reazioni e ora prevede di sfruttare la natura penetrante e non distruttiva dei neutroni per rivelare i cambiamenti strutturali in tempo reale. Questa conoscenza aiuterà a identificare quali proprietà sono necessarie per un materiale per immobilizzare efficacemente le scorie nucleari.

"Sappiamo con cosa iniziamo e con cosa finiamo, ma non sappiamo ancora cosa traspare nel mezzo, " ha detto zur Loye. "La capacità di vedere cosa succede durante il processo è unica per i neutroni".

Questa ricerca è condotta come parte del Center for Hierarchical Waste Form Materials (CHWM), un DOE Energy Frontier Research Center. L'obiettivo di CHWM è sviluppare nuovi materiali in grado di immagazzinare una maggiore concentrazione di scorie nucleari senza consentire al contenuto radioattivo di penetrare nell'ambiente circostante. Un modo per raggiungere questo equilibrio è attraverso materiali gerarchici come le SIM, che consistono in strutture più piccole contenute in strutture più grandi. I ricercatori del centro studiano diverse varianti di queste sostanze e modellano nuovi mezzi per lo stoccaggio delle scorie nucleari.

"Il nostro obiettivo è creare nuovi materiali per lo stoccaggio di scorie nucleari per sequestrare in modo sicuro i radionuclidi in modo che non entrino nell'approvvigionamento idrico o nell'atmosfera, " ha detto zur Loye. "Se siamo in grado di progettare un materiale che fornisce un ulteriore margine di sicurezza, potremmo essere in grado di fornire una soluzione sicura per migliaia di anni a venire".