Le attività di produzione di plutonio della Guerra Fredda hanno creato rifiuti complessi. La vetrificazione dei rifiuti per lo stoccaggio finale è complicata dall'alluminio proveniente dal ritrattamento del combustibile nucleare. Sapere come si comportano le particelle di alluminio in liquidi altamente radioattivi è vitale. Qui, la ricerca focalizzata sulle particelle umide suggerisce che le proprietà di massa delle particelle non cambiano sostanzialmente dopo la radiolisi. La radiolisi gamma ha portato alla formazione di idrogeno dall'acqua adsorbita con gli atomi di ossigeno rimasti sulla superficie o intercalati nella massa.

Presso il sito di Hanford nello stato di Washington, i rifiuti radioattivi ad alto livello contengono grandi quantità di particelle a base di alluminio. Per decenni, queste particelle sono state esposte a grandi dosi di radiazioni ionizzanti. Gli ingegneri devono comprendere le modifiche indotte dalle radiazioni per favorire la dissoluzione delle particelle e la rimozione dai rifiuti. Per coloro che tentano di rimuovere i rifiuti, i risultati dello studio confermano la necessità di considerare sia la chimica e la fisica inaspettate all'interfaccia solido-acqua, sia la solubilità in massa delle fasi di alluminio.

Nel sito di Hanford, i rifiuti altamente alcalini contengono idrossidi e ossiidrossidi di alluminio, come gibbsite (Al(OH)3) e boehmite (AlO(OH)). Questi solidi devono essere rimossi prima della vetrificazione. I composti di alluminio diminuiscono la stabilità dei rifiuti vetrificati attraverso la precipitazione della nefelina. L'alluminio è spesso in particelle fini che vengono trascinate nei flussi di processo come fanghi. Queste minuscole particelle possono interferire con il flusso dei rifiuti.

Presso l'Interfacial Dynamics in Radioactive Environments and Materials (IDREAM) Energy Frontier Research Center, i ricercatori stanno studiando la stabilità radiolitica degli idrossidi e degli ossiidrossidi di alluminio, dove gli effetti della radiolisi all'interfaccia solido-acqua possono essere distinti dal danno da radiazioni al materiale sfuso.

In questo studio, gibbsite e boehmite sono state irradiate a 2 MGy utilizzando raggi gamma ea 175 MGy con particelle alfa (separatamente) e quindi analizzate con un gruppo di tecniche di caratterizzazione bulk e surface sensitive.

In ogni caso, il confronto tra la defrazione dei raggi X e la spettroscopia Raman (che sono sensibili alla struttura bulk) per campioni incontaminati e irradiati ha mostrato pochi cambiamenti dovuti alla radiolisi. Per studiare ulteriormente questi campioni, il team ha utilizzato la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) e la spettroscopia di assorbimento di raggi X vicino alla struttura del bordo (XANES) della resa totale di elettroni (TEY). In questi casi, sono state rivelate prove di cambiamenti specifici della superficie per campioni irradiati con particelle alfa e con raggi gamma. Un'ulteriore caratterizzazione con XPS di gibbsite e boehmite ha indicato la riduzione dell'alluminio superficiale (III) in alluminio metallico, nonché la formazione di ossigeno non stechiometrico quando irradiato con particelle alfa. L'alluminio K-edge XPS e TEY XANES hanno rivelato la formazione di difetti centrati sull'ossigeno. Questi risultati sono probabilmente dovuti alla perdita di idrogeno dai gruppi ossidrile (OH) e al riarrangiamento degli atomi rimanenti.

La superficie sembra essere sensibile alla radiolisi con scarso effetto sul materiale sfuso.