Alcuni vengono in Idaho per percorrere le strade che portano ai Teton, a Yellowstone, a piccole città e grandi avventure. La ricercatrice dell'Idaho National Laboratory Isabella van Rooyen è arrivata, fin dal Sud Africa, cercando un pezzo d'argento 500, 000 volte più piccolo di un seme di papavero.

L'argento si trovava da qualche parte all'interno di particelle di combustibile isotopico tristrutturale irradiato (TRISO), una sostanza più sicura, più efficiente, combustibile nucleare di nuova generazione, il "seme di papavero" in questione. Rompi una particella di carburante TRISO e all'interno sembra una rottura di mascelle. Un guscio esterno di carbonio riveste uno strato di carburo di silicio, che ricopre il centro di uranio dove avviene la fissione a rilascio di energia. Questi strati hanno lo scopo di contenere i prodotti radioattivi della fissione, che include piccoli pezzi d'argento. Il contenimento del materiale radioattivo è integrato nel combustibile stesso.

Ma non sempre funziona perfettamente. Occasionalmente, in appena una o due particelle su 100, l'argento sfugge al centro. Si muove intorno alla particella, e potenzialmente esce. Dagli anni '70, gli scienziati si sono chiesti esattamente come ciò accada.

"Lo trovo assolutamente affascinante, " ha detto Van Rooyen. Ha studiato il problema TRISO-argento dal 2006. "Ho una tendenza naturale a sapere cosa sta succedendo [dentro il carburante]".

E ci vuole un sesto senso scientifico:l'argento sembra saltare lo strato di carburo di silicio come per magia. Non c'è un punto di uscita ovvio, o foro a forma d'argento forzato, essere trovato. Il meccanismo di trasporto che lo porta dall'interno verso l'esterno è un mistero che abbraccia decenni. È una ruga nel piano per rendere TRISO il più efficiente, e potenzialmente il più sicuro, carburante del futuro.

In Sud Africa, Van Rooyen ha lavorato su una serie di ipotesi per il problema TRISO. Per esempio, è uscito dalla particella di carburante TRISO attaccata a un altro elemento? C'erano nanotubi quasi troppo piccoli per essere visti che si formavano nello strato di carburo di silicio?

Una possibilità sembrava la più probabile a Van Rooyen. Ma per provarlo, anche per cominciare a vedere se era corretto, aveva bisogno di poter dare un'occhiata più da vicino. E aveva bisogno di carburante TRISO irradiato.

Strade meno battute

Ci sono strade in Idaho che ti porteranno in lunghi viaggi verso laghi e montagne. Ma era un tipo diverso di strada che Van Rooyen è venuto a percorrere qui. Le nanostrade descrivono le reti in cui ogni strato della particella TRISO incontra il successivo e dove i grani che compongono gli strati stessi si allineano tra loro. Queste sono le strade che Van Rooyen è venuto a percorrere.

Le nanostrade potrebbero essere il percorso del precipitato d'argento fuori dalla particella di combustibile TRISO? Offrono un percorso di minore resistenza, un punto di potenziale debolezza nel carburo di silicio. Il primo passo sarebbe vedere se l'argento si poteva trovare lungo queste strade.

Il metodo di indagine di Van Rooyen era un microscopio elettronico a scansione a trasmissione gestito da Yaqio Wu, professore associato di ricerca della Boise State University e responsabile dello strumento della Materials and Characterization Suite presso il Center for Advanced Energy Studies. Da qualche parte lungo uno dei confini del grano della nanostrada, Van Rooyen e Wu, insieme all'ingegnere dei materiali Tom Lillo, potrebbe essere in grado di individuare il precipitato d'argento.

"Eravamo davvero come investigatori privati, "Ha detto Van Rooyen. La presenza dell'argento sulle nanostrade, se è lì che si trovava, sarebbe un indizio fondamentale nel mistero.

Dopo un anno di pazienza e lavoro amministrativo, finalmente ha messo le mani sul vero, campioni irradiati.

Momento Eureka

Durante un briefing di ricerca la mattina, il team ha ricevuto i campioni, hanno discusso del fatto che stavano cercando un ago in un pagliaio. Per uno, i pezzi d'argento erano così piccoli. E non tutte le particelle TRISO emettono argento. Ci sarebbe stato dell'argento nel campione specifico che stavano guardando?

Ma quello che accadde quel pomeriggio fu uno dei rari momenti eureka, una scoperta che sembra nascere in un istante.

Dopo anni di esplorazione e scarto di varie ipotesi sulla posizione dell'argento, Van Rooyen e il suo team hanno posto la particella TRISO irradiata al microscopio elettronico. Questo sarebbe il più vicino, sguardo più attento alle nanostrade nel TRISO irradiato di sempre.

In quello stesso pomeriggio, l'operatore del microscopio Wu ha ingrandito e hanno trovato il precipitato d'argento. Era incuneato all'intersezione di due strati di rivestimento TRISO, alle nanostrade tra i grani.

È stato "un momento assolutamente wow, " ha detto Van Rooyen. "Abbiamo fatto un tale trambusto che persone provenienti da altri laboratori sono venute a dare un'occhiata."

Il viaggio è tutt'altro che finito. Prossimo, Van Rooyen e il suo team osserveranno l'argento per vedere fino a che punto si muove attraverso il carburo di silicio e cercheranno di determinare esattamente come è in grado di uscire. Time and hard work will tell if the nanoroads hypothesis is correct.

For Van Rooyen, the search for the silver is just the beginning. This new section of the problem is the next adventure. "This is where the fun starts, " lei disse.