Een druk op de knop. Op een met vloeistof gevulde beker schijnt een LED-lampje. Nog een flits. Het wordt donker.

Deze bescheiden lichtpuls verlicht een van de moeilijkste uitdagingen op twee voormalige kernwapenlocaties. Het licht zou kunnen leiden tot een betere manier om een ​​verontrustend element te trekken, americium, uit een soep van gelijkaardige elementen.

"Een dergelijke scheiding is om verschillende redenen van vitaal belang, zoals de verwerking van nucleair afval, ontmanteling van kernwapens, of zuiverend americium voor rookmelders, " zei Kenneth Hanson, die een lichtgestuurd americiumscheidingsproject leidt bij het Center for Actinide Science &Technology (CAST) Energy Frontier Research Center en een assistent-professor is aan de Florida State University. Het Office of Science van het Department of Energy (DOE) financiert het centrum.

Americium is slechts een van de elementen waarmee wetenschappers te maken krijgen bij het opruimen van locaties waar de nucleaire arsenalen van het land werden gebouwd. Het beheren van deze elementen betekent het blootleggen van wetenschappelijke geheimen over zeer radioactieve onruststokers in de 93 miljoen gallons afval opgeslagen in de staat Washington en South Carolina. "Het is op een schaal die soms moeilijk te doorgronden is, " zei Thomas Albrecht-Schmitt, een professor aan de Florida State University en CAST-directeur. "Het is onthutsend."

Het afvalverwerkingsplan roept op tot verglazing, een hoog-hitteproces dat radioactieve elementen opsluit in vaste "stammen". Gemakkelijk verwijderen van americium, die ongewenste warmte genereert, en door het gescheiden van de stammen op te slaan of opnieuw te gebruiken, kan de afvalverwerking worden vereenvoudigd. Het onderzoek van Hanson en zijn collega's is gebaseerd op een vezelig molecuul dat zich hecht aan alle elementen in het bekerglas. Licht prikkelt alleen het americium en zorgt ervoor dat de snaren permanent veranderen. Het maakt de onruststoker opvallen en gemakkelijker te scheiden van uranium, plutonium, en alle andere zware elementen onderaan het periodiek systeem. "Ze bevinden zich in een exotisch gebied van het periodiek systeem, " zei Stosh Kozimor, een CAST-wetenschapper bij DOE's Los Alamos National Laboratory.

Bekend als actiniden, deze elementen zijn raadselachtig omdat ze extreem moeilijk te extraheren zijn, in vergelijking met meer gebruikelijke elementen zoals nikkel of ijzer, en de hoeveelheid planning, veiligheidsmaatregelen, en de kosten lopen enorm uiteen.

Dossiers voor radioactieve onruststokers. Omdat deze raadselachtige elementen moeilijk te bestuderen zijn en zorgen baren bij de behandeling van kernafval, het team bouwt gedetailleerde beschrijvingen van de zware elementen door middel van laboratoriumexperimenten, computersimulaties, en berekeningen gericht, specifiek, over de rangschikking van de elektronen.

Zware elementen hebben de meeste elektronen in vergelijking met andere elementen op het periodiek systeem. Wervelend rond de kern van het atoom, elektronen beïnvloeden hoe een element zich bindt aan de andere elementen eromheen. Zwakke bindingen betekenen dat elementen uit de glasblokken kunnen lekken. Sterke banden houden onruststokers binnen. Dit is van belang bij het onderzoeken van alternatieven die met minder energie kunnen worden gemaakt.

"De logs zijn echt stabiel, maar we hebben 2000 graden [Fahrenheit] warmte nodig om ze te maken, "Zei Albrecht-Schmitt. "We proberen materialen te maken die net zo stabiel zijn - die zware elementen binden - maar onder veel mildere omstandigheden - zeg maar temperaturen rond die nodig zijn om water te koken."

Experts en vrienden vinden. Het ontrafelen van de mysteries van zware elementen vereist een team met verschillende perspectieven. "Dit centrum, " zei Hanson, "gaat over het binnenhalen van mensen met verschillende expertises en die samenwerkingsbruggen tussen hun gebieden kunnen bouwen en met iets nieuws en interessants kunnen komen."

Bijvoorbeeld, Hans, een fotochemicus, richt zich op zonnecellen. "In principe, Ik kwam vanuit het perspectief dat licht alle problemen van de wereld kan oplossen, " zei Hanson. "Tom [Albrecht-Schmitt] weet alles van de zware elementen. Samen, wij kunnen problemen oplossen."

Een ander aspect van diversiteit bij CAST is ervaring met het werken met radioactieve materialen in gebruikersfaciliteiten. Kozimor is er snel bij om het gebruikersondersteuningsteam van SLAC National Accelerator Laboratory te bedanken, waar hij werkt met synchrotrons. "SLAC heeft een uitstekende veiligheidsgroep en een heel team van beamline-wetenschappers en ingenieurs die aan radioactieve monsters willen werken, ' zei Kozimor.

Een team zo divers als CAST werkt alleen als mensen bereid zijn om ideeën te delen en samen te werken. "Het vinden van mensen die je kunt vertrouwen om ideeën mee te delen en creatief mee te zijn, is groot, " zei Kozimor. "Bij CAST, wij hebben die mensen."

"Ik ben blij met hoe het gaat, " zei Albrecht-Schmitt. Navigeren door de uitdagingen, het team maakt de lange reis om te ontdekken hoe zware elementen zich gedragen om de weg vrij te maken voor het verfijnen van de behandeling van kernafval.