Un equipo de investigadores de la Universidad de Carolina del Sur está utilizando neutrones para desarrollar materiales más duraderos y eficientes llamados formas de desecho para almacenar de forma segura sustancias peligrosas.

El equipo de la USC visitó recientemente el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía para estudiar los materiales de inclusión de sal (SIM) que contienen canales internos de silicato con la capacidad de inmovilizar de manera segura los desechos nucleares. Los investigadores esperan obtener información valiosa sobre las propiedades de los materiales utilizando recursos en la fuente de neutrones de espalación de ORNL, como el instrumento POWGEN, Línea de luz SNS 11A.

"Estamos estudiando SIM con la intención de crear nuevos materiales que secuestran de manera más eficiente y segura los elementos de desechos nucleares como el tecnecio, ", dijo el investigador principal Hans-Conrad zur Loye." Este es un proceso a largo plazo, y esperamos desarrollar la química fundamental necesaria para diseñar estas formas de desechos durante los próximos años ".

Los materiales en forma de desecho actúan como una especie de "bolsa" cristalina para contener elementos radiactivos a medida que se descomponen con el tiempo. Los investigadores tienen como objetivo diseñar una forma de desecho a medida para encapsular isótopos radiactivos y proporcionar salvaguardias adicionales. Por ejemplo, si se filtra agua en los contenedores, la nueva forma de desecho no se disolvería.

Los investigadores están estudiando reacciones de intercambio iónico, el proceso por el cual las sales no radiactivas se reemplazan con radionucleidos para su almacenamiento a largo plazo en SIM. El equipo había utilizado previamente rayos X para analizar los efectos secundarios de las reacciones y ahora planea aprovechar la naturaleza penetrante y no destructiva de los neutrones para revelar cambios estructurales en tiempo real. Este conocimiento ayudará a identificar qué propiedades son necesarias para que un material inmovilice efectivamente los desechos nucleares.

"Sabemos con qué comenzamos y con qué terminamos, pero aún no sabemos qué pasa en el medio, ", dijo zur Loye." La capacidad de ver lo que sucede durante el proceso es exclusiva de los neutrones ".

Esta investigación se lleva a cabo como parte del Center for Hierarchical Waste Form Materials (CHWM), un Centro de Investigación de la Frontera Energética del DOE. El objetivo de CHWM es desarrollar nuevos materiales capaces de almacenar una mayor concentración de desechos nucleares sin permitir que el contenido radiactivo se filtre en el entorno circundante. Una forma de lograr este equilibrio es a través de materiales jerárquicos como SIM, que consisten en estructuras más pequeñas contenidas dentro de otras más grandes. Los investigadores del centro estudian diferentes variaciones de estas sustancias y modelan nuevos medios para el almacenamiento de desechos nucleares.

"Nuestro objetivo es fabricar nuevos materiales de almacenamiento de desechos nucleares para secuestrar de manera segura los radionucleidos de modo que no ingresen al suministro de agua ni a la atmósfera, ", dijo zur Loye." Si podemos diseñar un material que proporcione un margen adicional de seguridad, es posible que podamos ofrecer una solución segura durante miles de años ".