Een veelbelovende aanpak om uraniumverontreiniging in de bodem te stabiliseren, is het radioactieve uranium omhullen met ijzerhoudende mineralen zoals hematiet. Maar hoe goed bindt uranium aan hematiet en hoe lang? Wetenschappers zijn het oneens over de chemische structuur van uranium gebonden in hematiet, voorspelling op lange termijn moeilijk maken. Door nauwkeurige experimentele karakterisering te combineren met modellering van moleculaire dynamica, een internationaal onderzoeksteam heeft het antwoord gevonden. En dat had niemand verwacht.

Uraniumverontreiniging ligt op de loer in grondwater en bodems op locaties van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) en onder veel industriële gebieden over de hele wereld, en sommige vormen kunnen gemakkelijk worden vervoerd. Een benadering voor het beperken van de mobiliteit van uranium is het versterken van de binding met ijzeroxiden of andere mineralen. Door dit te doen, kunnen wetenschappers ook het gedrag op de lange termijn beter voorspellen om ervoor te zorgen dat uranium duizenden jaren gestabiliseerd blijft.

Terwijl wetenschappers de binding van uranium aan ijzerhoudende mineralen al enige tijd bestuderen met behulp van röntgenspectroscopie, verschillende onderzoekers hebben vergelijkbare gegevens op drastisch verschillende manieren geïnterpreteerd. Dit was een moeilijk probleem omdat uranium, als een vierkante pin in een rond gat, mag niet passen in de kristalstructuur van hematiet, een van de meest voorkomende ijzermineralen in de bodem. De oplossing, ontwikkeld door onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory en de Universiteit van Manchester, zet eerder werk op zijn kop. Met steun van DOE's Office of Science, Bureau voor basisenergiewetenschappen, Geowetenschappen Programma bij PNNL, en met behulp van de Cascade-supercomputer bij EMSL, het Environmental Molecular Sciences Laboratory, een DOE Office of Science gebruikersfaciliteit, het team berekende veel mogelijke atomaire structuren van uranium dat in de structuur van dit mineraal is verwerkt.

Ze ontdekten dat vacatures die tijdens de vorming van hematiet in de atomaire structuur van hematiet waren ontstaan, plaats bieden aan het uranium. Noch deze accommodatie, noch de flexibiliteit van het uranium werd verwacht. Dit bindingsproces was nog nooit eerder geïdentificeerd, maar de methoden die werden gebruikt om deze bevinding te doen, zouden een aantal mysteries kunnen verklaren die eerder in de wetenschappelijke literatuur zijn vermeld. Het werk opent de deur naar nieuwe studies over hoe andere radioactieve verontreinigingen binden aan bodemmineralen en zal leiden tot nauwkeurigere voorspellingen van hoe deze verontreinigingen zich in het milieu gedragen.