Pulsando un interruptor. Una luz LED brilla en un vaso de precipitados lleno de líquido. Otra película. Se oscurece.

Este sencillo pulso de luz ilumina uno de los desafíos más difíciles en dos antiguos emplazamientos de armas nucleares. La luz podría conducir a una mejor manera de tirar de un elemento problemático, americio, de una sopa de elementos similares.

"Esta separación es vital por varias razones, como el tratamiento de residuos nucleares, desmantelamiento de armas nucleares, o americio purificador para detectores de humo, "dijo Kenneth Hanson, quien lidera un proyecto de separación de americio impulsado por la luz en el Centro de Ciencia y Tecnología de Actínidos (CAST) Energy Frontier Research Center y es profesor asistente en la Universidad Estatal de Florida. La Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE) financia el centro.

El americio es solo uno de los elementos con los que los científicos deben lidiar para limpiar los sitios donde se construyeron los arsenales nucleares de la nación. Manejar estos elementos significa descubrir secretos científicos sobre los alborotadores altamente radiactivos en los 93 millones de galones de desechos almacenados en el estado de Washington y Carolina del Sur. "Está en una escala que a veces es difícil de comprender, "dijo Thomas Albrecht-Schmitt, profesor de la Universidad Estatal de Florida y director de CAST. "Es asombroso".

El plan de tratamiento de residuos exige la vitrificación, un proceso de alta temperatura que atrapa elementos radiactivos en "troncos" sólidos. Elimina fácilmente el americio, que genera calor no deseado, y almacenarlo por separado de los registros o reutilizarlo podría simplificar el tratamiento de residuos. La investigación de Hanson y sus colegas se basa en una molécula fibrosa que se une a todos los elementos del vaso de precipitados. La luz excita solo el americio y hace que las cuerdas cambien permanentemente. Hace que el alborotador se destaque y sea más fácil de separar del uranio, plutonio, y todos los demás elementos pesados ​​en la parte inferior de la tabla periódica. "Están en un área exótica de la tabla periódica, "dijo Stosh Kozimor, un científico CAST en el Laboratorio Nacional de Los Alamos del DOE.

Conocidos como actínidos, estos elementos son enigmáticos porque son extremadamente difíciles de extraer, en comparación con elementos más comunes como el níquel o el hierro, y la cantidad de planificación, precauciones de seguridad, y el costo varía enormemente.

Dossiers para alborotadores radiactivos. Debido a que estos elementos enigmáticos son difíciles de estudiar y causan tanta preocupación en el tratamiento de desechos nucleares, el equipo está construyendo descripciones detalladas de los elementos pesados ​​a través de experimentos de laboratorio, simulaciones por computadora, y cálculos enfocados, específicamente, en la disposición de los electrones.

Los elementos pesados ​​tienen la mayor cantidad de electrones en comparación con otros elementos de la tabla periódica. Girando alrededor del núcleo del átomo, los electrones influyen en la forma en que un elemento se une a los demás elementos que lo rodean. Los enlaces débiles significan que los elementos podrían filtrarse de los troncos de vidrio. Los lazos fuertes mantienen a los alborotadores adentro. Esto es importante cuando se examinan alternativas que podrían hacerse usando menos energía.

"Los registros son realmente estables, pero necesitamos 2000 grados [Fahrenheit] de calor para hacerlos, ", dijo Albrecht-Schmitt." Estamos tratando de hacer materiales que sean igual de estables, que se unan a elementos pesados, pero en condiciones mucho más suaves, digamos temperaturas alrededor de las necesarias para hervir el agua ".

Encontrar expertos y amigos. Descubrir los misterios de los elementos pesados ​​requiere un equipo con perspectivas diversas. "Este centro, "dijo Hanson, "se trata de incorporar personas con diferentes conocimientos y que puedan construir puentes de colaboración entre sus áreas y encontrar algo nuevo e interesante".

Por ejemplo, Hanson, un fotoquímico, se centra en las células solares. "Básicamente, Vine desde la perspectiva de que la luz puede resolver todos los problemas del mundo, "dijo Hanson." Tom [Albrecht-Schmitt] sabe todo sobre los elementos pesados. Juntos, podemos resolver problemas ".

Otro aspecto de la diversidad en CAST es la experiencia de trabajar con materiales radiactivos en las instalaciones de los usuarios. Kozimor se apresura a acreditar al equipo de soporte al usuario en SLAC National Accelerator Laboratory, donde trabaja con sincrotrones. "SLAC tiene un grupo de seguridad sobresaliente y un equipo completo de científicos e ingenieros de líneas de luz que desean trabajar con muestras radiactivas, "dijo Kozimor.

Un equipo tan diverso como CAST solo funciona si las personas están dispuestas a compartir ideas y trabajar juntas. "Encontrar personas en las que pueda confiar para compartir ideas y ser creativo es algo importante, "dijo Kozimor." En CAST, tenemos a esa gente ".

"Estoy encantado de cómo van las cosas, ", dijo Albrecht-Schmitt. Navegando a través de los desafíos, el equipo está haciendo un largo viaje para descubrir cómo se comportan los elementos pesados ​​para iluminar el camino hacia el ajuste fino del tratamiento de residuos nucleares.