Un colpo di interruttore. Una luce LED illumina un bicchiere pieno di liquido. Un altro scatto. Diventa buio.

Questo impulso di luce senza pretese illumina una delle sfide più difficili in due ex siti di armi nucleari. La luce potrebbe portare a un modo migliore per tirare un elemento inquietante, americio, da una zuppa di elementi simili.

"Tale separazione è vitale per vari motivi, come il trattamento delle scorie nucleari, smantellamento delle armi nucleari, o americio purificante per rilevatori di fumo, " disse Kenneth Hanson, che guida un progetto di separazione dell'americio guidato dalla luce presso il Center for Actinide Science &Technology (CAST) Energy Frontier Research Center ed è assistente professore presso la Florida State University. L'ufficio di scienze del Dipartimento dell'energia (DOE) finanzia il centro.

L'americio è solo uno degli elementi con cui gli scienziati devono fare i conti per ripulire i siti in cui sono stati costruiti gli arsenali nucleari della nazione. Gestire questi elementi significa scoprire segreti scientifici su piantagrane altamente radioattivi nei 93 milioni di galloni di rifiuti immagazzinati nello Stato di Washington e nella Carolina del Sud. "È su una scala che a volte è difficile da capire, " disse Thomas Albrecht-Schmitt, professore alla Florida State University e direttore del CAST. "È sconcertante".

Il piano di trattamento dei rifiuti prevede la vetrificazione, un processo ad alta temperatura che intrappola elementi radioattivi in ​​solidi "tronchi". Rimuovere facilmente l'americio, che genera calore indesiderato, e conservarlo separatamente dai tronchi o riutilizzarlo potrebbe semplificare il trattamento dei rifiuti. La ricerca di Hanson e dei suoi colleghi si basa su una molecola fibrosa che si lega a tutti gli elementi nel bicchiere. La luce eccita solo l'americio e fa sì che le corde cambino permanentemente. Fa risaltare il piantagrane e facilita la separazione dall'uranio, plutonio, e tutti gli altri elementi pesanti in fondo alla tavola periodica. "Sono in un'area esotica della tavola periodica, " ha detto Stosh Kozimor, uno scienziato CAST presso il Los Alamos National Laboratory del DOE.

Conosciuti come attinidi, questi elementi sono enigmatici perché estremamente difficili da estrarre, rispetto ad elementi più comuni come nichel o ferro, e la quantità di pianificazione, misure di sicurezza, e il costo varia notevolmente.

Dossier per piantagrane radioattivi. Poiché questi elementi enigmatici sono difficili da studiare e causano tali preoccupazioni nel trattamento delle scorie nucleari, il team sta costruendo descrizioni dettagliate degli elementi pesanti attraverso esperimenti di laboratorio, simulazioni al computer, e calcoli concentrati, nello specifico, sulla disposizione degli elettroni.

Gli elementi pesanti hanno il maggior numero di elettroni rispetto ad altri elementi della tavola periodica. Vorticoso intorno al nucleo dell'atomo, gli elettroni influenzano il modo in cui un elemento si lega agli altri elementi che lo circondano. Legami deboli significano che gli elementi potrebbero lisciviare dai tronchi di vetro. I legami forti tengono dentro i facinorosi. Questo è importante quando si esaminano alternative che potrebbero essere realizzate utilizzando meno energia.

"I log sono davvero stabili, ma abbiamo bisogno di 2000 gradi [Fahrenheit] di calore per farli, " ha detto Albrecht-Schmitt. "Stiamo cercando di creare materiali altrettanto stabili - che legano elementi pesanti - ma in condizioni molto più miti - diciamo temperature intorno a quelle necessarie per far bollire l'acqua".

Trovare esperti e amici. Scoprire i misteri degli elementi pesanti richiede una squadra con prospettive diverse. "Questo centro, " ha detto Hanson, "si tratta di coinvolgere persone con competenze diverse e che possono costruire ponti di collaborazione tra le loro aree e trovare qualcosa di nuovo e interessante".

Per esempio, Hanson, un fotochimico, si concentra sulle celle solari. "Fondamentalmente, Sono venuto dalla prospettiva che la luce può risolvere tutti i problemi del mondo, " ha detto Hanson. "Tom [Albrecht-Schmitt] sa tutto sugli elementi pesanti. Insieme, possiamo risolvere i problemi".

Un altro aspetto della diversità al CAST è l'esperienza di lavoro con materiali radioattivi presso le strutture degli utenti. Kozimor è pronto ad accreditare il team di supporto agli utenti presso il SLAC National Accelerator Laboratory, dove lavora con i sincrotroni. "SLAC ha un eccezionale gruppo di sicurezza e un intero team di scienziati e ingegneri della linea di luce che vogliono lavorare su campioni radioattivi, " disse Kozimor.

Un team così diversificato come CAST funziona solo se le persone sono disposte a condividere idee e lavorare insieme. "Trovare persone di cui ti puoi fidare per condividere idee e con cui essere creativo è grande, " ha detto Kozimor. "A CAST, abbiamo quelle persone".

"Sono felice di come stanno andando le cose, " ha detto Albrecht-Schmitt. Navigando attraverso le sfide, il team sta facendo il lungo viaggio per scoprire come si comportano gli elementi pesanti per illuminare la strada per mettere a punto il trattamento delle scorie nucleari.