Examinando la colección de arte y herramientas precolombinas americanas del Museo Gilcrease en Tulsa, OK, uno sigue volviendo a los cuchillos de obsidiana, puntas de flecha (o "puntas de proyectil, "a los antropólogos), e incluso adornos para las orejas:negro brillante, liso, y vidrioso. Durante decenas de miles de años, los pueblos indígenas fabricaron estos artículos con lava enfriada, hermoso, pero también capaz de mantener una gran ventaja durante milenios. La misma colección del museo también cuenta con cuchillos de metal, algunos solo tienen unos pocos siglos de antigüedad, ya picada y oxidada, y una variedad de artículos de cerámica en diversas etapas de deterioro, desde sorprendentemente prístinos hasta descoloridos y agrietados. Claramente, estos diferentes materiales:obsidiana vidriosa, cerámica terrosa, y metálicos:tienen propiedades que influyen en su resistencia al paso del tiempo.

"Hay problemas para comprender cómo se corroen los materiales durante períodos de tiempo realmente prolongados, "dijo Gerald Frankel, director del Centro de Desempeño y Diseño de Formas y Contenedores de Residuos Nucleares (WastePD). "Son cuestiones científicas, ", continuó." Es por eso que necesitamos ciencia fundamental ".

Frankel, un profesor de la Universidad Estatal de Ohio, enfoca esa lente científica en el vidrio, cerámica, y metales utilizados para atrapar las sobras de la Guerra Fría, incluidos ~ 90 millones de galones de líquido radiactivo y lodo (como arena de playa húmeda). La solidificación de los desechos como vidrio o cerámica evita que se filtren al suelo y al agua subterránea. La forma sólida retiene los desechos durante miles de años, dando tiempo a la materia radiactiva para que se descomponga a niveles más seguros.

Para solidificar los residuos, se prepara y se mezcla con las recetas para vidrio o cerámica. Los residuos solidificados, también conocido como forma de desecho, luego se coloca en botes de metal especialmente diseñados y se almacena. Los desechos relacionados con la defensa en Carolina del Sur ya se están cristalizando. Se está construyendo otra planta de este tipo en el estado de Washington.

Aunque vidrio, cerámica, y las formas metálicas han existido durante años, los investigadores aún no conocen los detalles clave sobre cómo se desmoronan los materiales, disolver, o se deshaga de otra manera. "Ahora, no entendemos lo suficiente la corrosión de la forma de residuos como para llegar a un buen modelo, "dijo Frankel.

No puedes irte y hacer lo tuyo solo. Desarrollar la ciencia subyacente necesaria para modelar la corrosión de la forma de desechos, Frankel reunió a científicos de materiales, ingenieros modeladores informáticos, y teóricos como WastePD, un Centro de Investigación Energy Frontier financiado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE).

Las diferentes perspectivas le dan al equipo una visión amplia de las cuestiones científicas. Aun mejor, ofrecen más técnicas, instrumentos, y conocimientos para obtener respuestas. Pero colaborando, especialmente en nueve zonas horarias, tiene sus desafíos. "Pasamos mucho tiempo interactuando, "dijo Frankel." No puedes irte y hacer lo tuyo solo ".

Una de las primeras victorias del equipo fue resolver un problema particularmente molesto que involucraba el agua en las formas de desechos de vidrio.

El tiempo y la marea esperan sin desperdicio. Los investigadores asumen que durante los miles de años que los desechos permanecen almacenados, entrará agua de lluvia o agua subterránea.

Cuando el vidrio está cubierto de agua, se forma una capa protectora o inestable. La película inestable acelera la corrosión del vidrio, haciendo que el vidrio se desmorone mucho más rápido que si tuviera una película protectora.

"Para determinar qué impulsa la formación, tenemos que mirarlo en detalle, "dijo John Vienna, quien dirige el área de empuje de vidrio de WastePD y trabaja en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del DOE.

Pero las reacciones ocurren bajo el agua. Si bien podías ver la superficie fácilmente, Las técnicas convencionales no están diseñadas para obtener datos precisos sobre una superficie submarina. "Ha sido un Santo Grial de la química, dijo Viena.

El equipo encontró la manera de colaborar. Cada miembro del equipo aportó ideas y las aplicó. Es como reunir a una docena de chefs de renombre internacional y pedirles que cocinen un pescado, y luego combinar todo ese conocimiento y técnicas para hacer algo que nadie ha visto antes.

Comenzaron congelando instantáneamente agua prístina en un vidrio. Es como un helado Pastel de hoja de chocolate helado con vidrio como bizcocho y agua como glaseado. Cortaron un trozo delgado, como cortar una ración diminuta, y lo analicé. Repitieron el experimento cada pocos segundos mientras el agua hacía que se formara una capa porosa inestable en el vidrio. esencialmente creando un libro animado sofisticado.

La capa preocupante formada por la reacción del agua y el vidrio saca pequeños trozos de vidrio de la superficie y deja que el agua entre. tal como podría hacerlo en un lugar de almacenamiento. La estructura de la película:cuántos poros se forman, que profundo, y la distancia entre ellos:determina qué tan rápido se desmorona el vidrio.

"Nuestra colaboración fue una especie de boda escopeta al principio, ", dijo Vienna. El estudio de la corrosión del vidrio en el agua es solo un ejemplo de cómo unir a diferentes personas, diferentes instrumentos, y diferentes ideas pueden conducir a una solución. "Ahora, estamos logrando un progreso real mediante el uso de técnicas que solo se usaron en un área y formas de ver los problemas ".