Algunos vienen a Idaho para viajar por las carreteras que conducen a los Tetons, a Yellowstone, a pequeños pueblos y grandes aventuras. La investigadora del Laboratorio Nacional de Idaho, Isabella van Rooyen, vino, todo el camino desde Sudáfrica, buscando una pieza de plata 500, 000 veces más pequeño que una semilla de amapola.

La plata estaba en algún lugar dentro de las partículas de combustible triestructural-isotópicas irradiadas (TRISO), una forma más segura más eficiente, Combustible nuclear de próxima generación:la "semilla de amapola" en cuestión. Si se rompe una partícula de combustible TRISO, se verá como un rompe mandíbulas por dentro. Una capa exterior de carbono recubre una capa de carburo de silicio, que recubre el centro de uranio donde ocurre la fisión que libera energía. Estas capas están destinadas a contener los productos radiactivos de la fisión, que incluye pequeños trozos de plata. La contención del material radiactivo se integra directamente en el propio combustible.

Pero no siempre funciona a la perfección. De vez en cuando, en solo una o dos de cada 100 partículas, la plata se escapa del centro. Se mueve alrededor de la partícula, y potencialmente sale. Desde la década de 1970, los científicos se han estado preguntando exactamente cómo sucede esto.

"Lo encuentro absolutamente fascinante, ", dijo Van Rooyen. Ella ha estado estudiando el problema de TRISO-plata desde 2006." Tengo una tendencia natural a saber qué está pasando [dentro del combustible] ".

Y se necesita un sexto sentido científico:la plata parece saltar la capa de carburo de silicio como por arte de magia. No hay un punto de salida obvio, o agujero forzado en forma de plata, para ser encontrado. El mecanismo de transporte que lo trae de adentro hacia afuera es un misterio que se extiende por décadas. Es una arruga en el plan para hacer que TRISO sea el más eficiente, y potencialmente el más seguro, combustible del futuro.

En Sudáfrica, Van Rooyen trabajó en una serie de hipótesis para el problema TRISO. Por ejemplo, ¿Salió de la partícula de combustible TRISO adherida a otro elemento? ¿Se estaban formando nanotubos casi demasiado pequeños para ver en la capa de carburo de silicio?

Una posibilidad le parecía más probable a Van Rooyen. Pero para probarlo para siquiera empezar a ver si era correcto, necesitaba poder ver más de cerca. Y necesitaba combustible TRISO irradiado.

Caminos menos transitados

Hay carreteras en Idaho que lo llevarán en largos viajes a lagos y montañas. Pero fue un tipo diferente de camino el que Van Rooyen vino a recorrer aquí. Nanoroads describen las redes donde cada capa de la partícula TRISO se encuentra con la siguiente y donde los granos que forman las capas se alinean entre sí. Estos son los caminos que vino a recorrer Van Rooyen.

¿Podrían las nanocarreteras ser el camino del precipitado de plata fuera de la partícula de combustible TRISO? Ofrecen un camino de menor resistencia, un punto de debilidad potencial en el carburo de silicio. El primer paso sería ver si se puede encontrar plata a lo largo de estos caminos.

El método de investigación de Van Rooyen fue un microscopio electrónico de transmisión de barrido operado por Yaqio Wu, profesor asociado de investigación de la Boise State University y líder de instrumentos de la Suite de Materiales y Caracterización en el Centro de Estudios Avanzados de Energía. En algún lugar a lo largo de uno de los límites de los granos de nanocarreteras, Van Rooyen y Wu, junto con el ingeniero de materiales Tom Lillo, podría ser capaz de detectar el precipitado de plata.

"Éramos realmente como investigadores privados, ", Dijo Van Rooyen. La presencia de la plata en las nanocarreteras, si es allí donde estaba, sería una pista clave en el misterio.

Después de un año de paciencia y trabajo administrativo, finalmente consiguió sus manos reales, muestras irradiadas.

Momento eureka

En una sesión informativa de investigación celebrada por la mañana, el equipo recibió las muestras, discutieron el hecho de que estaban buscando una aguja en un pajar. Para uno, los trozos de plata eran tan pequeños. Y no todas las partículas TRISO emiten plata. ¿Habría plata en la muestra específica que estaban viendo?

Pero lo que sucedió esa tarde fue uno de los raros momentos eureka, un descubrimiento que parece surgir en un instante.

Después de años de explorar y descartar varias hipótesis sobre la ubicación de la plata, Van Rooyen y su equipo colocaron la partícula TRISO irradiada bajo el microscopio electrónico. Este sería el más cercano la mirada más cuidadosa a las nanocarreteras en TRISO irradiado jamás.

Esa misma tarde El operador del microscopio Wu hizo zoom y encontraron el precipitado de plata. Se acuñó en la intersección de dos capas de revestimiento TRISO, en las nanocarreteras entre granos.

It was "an absolute wow moment, " said Van Rooyen. "We made such a commotion that people from other labs were coming to have a look."

The journey is far from over. Próximo, Van Rooyen and her team will observe the silver to see how far it moves through the silicon carbide and try to determine exactly how it is able to get out. Time and hard work will tell if the nanoroads hypothesis is correct.

For Van Rooyen, the search for the silver is just the beginning. This new section of the problem is the next adventure. "This is where the fun starts, " ella dijo.