Las actividades de producción de plutonio de la Guerra Fría crearon desechos complejos. La vitrificación de los desechos para el almacenamiento final se complica debido al aluminio procedente del reprocesamiento de combustible nuclear. Conocer cómo se comportan las partículas de aluminio en líquidos altamente radiactivos es vital. Aquí, La investigación centrada en partículas húmedas sugiere que las propiedades de volumen de las partículas no cambian sustancialmente con la radiólisis. La radiolisis gamma condujo a la formación de hidrógeno a partir del agua adsorbida con los átomos de oxígeno que permanecen en la superficie o se intercalan en la masa.

En el sitio de Hanford en el estado de Washington, Los desechos radiactivos de alto nivel contienen grandes cantidades de partículas a base de aluminio. Por décadas, estas partículas han sido expuestas a grandes dosis de radiación ionizante. Los ingenieros deben comprender las modificaciones inducidas por la radiación para ayudar a la disolución y eliminación de partículas de los desechos. Para aquellos que intentan eliminar los desechos, Los resultados del estudio confirman la necesidad de considerar tanto la química y la física inesperadas en la interfaz sólido-agua como la solubilidad en masa de las fases de aluminio.

En el sitio de Hanford, los residuos altamente alcalinos contienen hidróxidos y oxihidróxidos de aluminio, tales como gibbsita (Al (OH) 3) y boehmita (AlO (OH)). Estos sólidos deben eliminarse antes de la vitrificación. Los compuestos de aluminio disminuyen la estabilidad de los desechos vitrificados mediante la precipitación de nefelina. El aluminio se encuentra a menudo en partículas finas que se arrastran en las corrientes del proceso en forma de lechada. Estas pequeñas partículas pueden interferir con el flujo de desechos.

En el Centro de Investigación de la Frontera Energética de Dinámica Interfacial en Ambientes y Materiales Radiactivos (IDREAM), los investigadores están investigando la estabilidad radiolítica de los hidróxidos y oxihidróxidos de aluminio, donde los efectos de la radiólisis en la interfaz sólido-agua pueden distinguirse del daño por radiación al material a granel.

En este estudio, Gibbsita y boehmita se irradiaron a 2 MGy utilizando rayos gamma ya 175 MGy con partículas alfa (por separado) y luego se analizaron con un grupo de técnicas de caracterización sensibles a la superficie y al volumen.

En cada caso, La comparación de la defracción de rayos X y la espectroscopia Raman (que son sensibles a la estructura general) para muestras prístinas e irradiadas mostró pocos cambios debido a la radiólisis. Para estudiar más a fondo estas muestras, El equipo utilizó espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) y espectroscopía de absorción de rayos X de rendimiento total de electrones (TEY) cerca de la estructura del borde (XANES). En estos casos, Se reveló evidencia de cambios específicos de la superficie para muestras irradiadas con partículas alfa y con rayos gamma. La caracterización adicional con XPS de gibbsita y boehmita indicó la reducción de la superficie de aluminio (III) a aluminio metálico, así como la formación de oxígeno no estequiométrico cuando se irradió con partículas alfa. Aluminio K-edge XPS y TEY XANES revelaron la formación de defectos centrados en oxígeno. Estos resultados probablemente se deben a la pérdida de hidrógeno de los grupos hidroxilo (OH) y al reordenamiento de los átomos restantes.

La superficie parece ser sensible a la radiólisis con poco efecto sobre el material a granel.