Un enfoque prometedor para estabilizar la contaminación por uranio en los suelos es envolver el uranio radiactivo en minerales que contienen hierro como la hematita. Pero, ¿qué tan bien se une el uranio a la hematita y durante cuánto tiempo? Los científicos no han estado de acuerdo sobre la estructura química del uranio unido a la hematita, dificultando la predicción a largo plazo. Al fusionar la caracterización experimental precisa con el modelado de dinámica molecular, un equipo de investigación internacional ha descubierto la respuesta. Y no es lo que nadie esperaba.

La contaminación por uranio acecha en las aguas subterráneas y los suelos en los sitios del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y en muchas áreas industriales de todo el mundo. y algunas formas se pueden transportar fácilmente. Un enfoque para limitar la movilidad del uranio es mejorar su unión con óxidos de hierro u otros minerales. Hacerlo también podría permitir a los científicos predecir mejor su comportamiento a largo plazo para garantizar que el uranio permanezca estabilizado durante miles de años.

Si bien los científicos han estado estudiando la unión del uranio a los minerales que contienen hierro durante algún tiempo utilizando espectroscopía de rayos X, diferentes investigadores han interpretado datos similares de formas drásticamente diferentes. Este ha sido un problema difícil porque el uranio, como una clavija cuadrada en un agujero redondo, no debe encajar en la estructura cristalina de la hematita, uno de los minerales de hierro más abundantes que se encuentran en los suelos. La solución, desarrollado por investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y la Universidad de Manchester, da la vuelta al trabajo anterior. Con el apoyo de la Oficina de Ciencias del DOE, Oficina de Ciencias Básicas de la Energía, Programa de Geociencias en PNNL, y usando la supercomputadora Cascade en EMSL, el Laboratorio de Ciencias Moleculares Ambientales, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, el equipo calculó muchas posibles estructuras atómicas de uranio incorporadas a la estructura de este mineral.

Descubrieron que las vacantes creadas en la estructura atómica de la hematita durante su formación acomodan el uranio. No se esperaba ni esta acomodación ni la flexibilidad mostrada por el uranio. Este proceso vinculante nunca antes se había identificado, pero los métodos utilizados para realizar este hallazgo podrían explicar una serie de misterios previamente reportados en la literatura científica. El trabajo abre la puerta a nuevos estudios sobre cómo otros contaminantes radiactivos se unen a los minerales del suelo y conducirá a predicciones más precisas de cómo se comportan estos contaminantes en el medio ambiente.