來自南卡羅來納大學(xué)的一組研究人員正在利用中子開發(fā)更耐用，更有效的材料，稱為廢物形式，用于安全儲存有害物質(zhì)。

南加州大學(xué)團隊最近訪問了能源部橡樹嶺國家實驗室，研究含有內(nèi)部硅酸鹽通道的鹽包裹體材料(SIMs)，該材料具有安全固定核廢料的能力。研究人員希望利用ORNL散裂中子源的資源，如POWGEN儀器，SNS光束線11A，獲得材料特性的寶貴見解。

“我們正在研究SIM，旨在創(chuàng)造更有效，更安全地隔離锝等核廢料元素的新材料，”首席研究員Hans-Conrad zur Loye說。“這是一個長期的過程，我們希望在未來幾年內(nèi)開發(fā)設(shè)計這些廢物形式所需的基礎(chǔ)化學(xué)。”

廢物材料作為一種結(jié)晶“袋”，含有放射性元素，隨著時間的推移它們會腐爛。研究人員的目標是設(shè)計一種定制的廢物形式來封裝放射性同位素并提供額外的保護措施。例如，如果水泄漏到容器中，新的廢物形式將不會溶解。

研究人員正在研究離子交換反應(yīng)，即非放射性鹽被放射性核素取代以在SIM中長期儲存的過程。該團隊之前曾使用X射線分析反應(yīng)的后遺癥，現(xiàn)在計劃利用中子的穿透性和非破壞性來實時揭示結(jié)構(gòu)變化。這些知識將有助于確定材料有效固定核廢料所需的屬性。

“我們知道我們從什么開始以及最終得到什么，但我們還不知道中間會發(fā)生什么，”zur Loye說。“能夠看到過程中發(fā)生的事情是中子所獨有的。”

該研究是美國能源部能源前沿研究中心等級廢物形式材料中心(CHWM)的一部分。CHWM的目標是開發(fā)能夠儲存更高濃度核廢料的新材料，而不會讓放射性物質(zhì)滲入周圍環(huán)境。實現(xiàn)這種平衡的一種方法是通過諸如SIM之類的分層材料，其由較大結(jié)構(gòu)中包含的較小結(jié)構(gòu)組成。該中心的研究人員研究了這些物質(zhì)的不同變化，并為核廢料儲存建立了新的介質(zhì)模型。

“我們的目標是制造新的核廢料儲存材料，以安全封存放射性核素，使它們不會進入供水或大氣層，”Zur Loye說。“如果我們能夠設(shè)計出能夠提供額外安全邊際的材料，我們可能會在未來數(shù)千年內(nèi)提供安全的解決方案。”