Sommigen komen naar Idaho om over de snelwegen te reizen die naar de Tetons leiden, naar Yellowstone, naar kleine steden en grote avonturen. Idaho National Laboratory-onderzoeker Isabella van Rooyen kwam, helemaal uit Zuid-Afrika, op zoek naar een stuk zilver 500, 000 keer kleiner dan een maanzaad.

Het zilver zat ergens in bestraalde tristructureel-isotopische (TRISO) brandstofdeeltjes - een veiliger, efficiënter, kernbrandstof van de volgende generatie - het 'papaverzaad' in kwestie. Breek een TRISO-brandstofdeeltje open en van binnen ziet het eruit als een kaakbreker. Een buitenste schil van koolstof bedekt een laag siliciumcarbide, die het uraniumcentrum bedekt waar de energie-afgevende splijting plaatsvindt. Deze lagen zijn bedoeld om de radioactieve producten van splijting, die kleine stukjes zilver bevat. Insluiting van het radioactieve materiaal is ingebouwd in de brandstof zelf.

Maar het werkt niet altijd perfect. Zo nu en dan, in slechts één of twee van de 100 deeltjes, zilver ontsnapt uit het centrum. Het beweegt rond het deeltje, en komt mogelijk uit. Sinds de jaren zeventig, wetenschappers hebben zich afgevraagd hoe dit precies gebeurt.

"Ik vind het absoluut fascinerend, " zei Van Rooyen. Ze bestudeert sinds 2006 het TRISO-zilverprobleem. "Ik heb een natuurlijke neiging om te weten wat er [in de brandstof] omgaat."

En er is een zesde wetenschappelijk zintuig voor nodig:het zilver lijkt als bij toverslag over de siliciumcarbidelaag te springen. Er is geen duidelijk vertrekpunt, of geforceerd zilvervormig gat, gevonden worden. Het transportmechanisme dat het van binnenuit naar buiten brengt, is een mysterie dat tientallen jaren duurt. Het is een rimpel in het plan om van TRISO de meest efficiënte, en mogelijk de veiligste, brandstof van de toekomst.

In Zuid Afrika, Van Rooyen werkte aan een aantal hypothesen voor het TRISO-probleem. Bijvoorbeeld, is het meegelift uit het TRISO-brandstofdeeltje dat aan een ander element vastzat? Waren er bijna te kleine nanobuisjes gevormd in de siliciumcarbidelaag?

Een mogelijkheid leek Van Rooyen het meest waarschijnlijk. Maar om het te testen, om zelfs maar te zien of het juist was, ze moest het van dichterbij kunnen bekijken. En ze had bestraalde TRISO-brandstof nodig.

Minder bereisde wegen

Er zijn wegen in Idaho die je meenemen op lange tochten naar meren en bergen. Maar het was een ander soort weg dat Van Rooyen hier kwam rijden. Nanoroads beschrijven de netwerken waar elke laag van het TRISO-deeltje de volgende ontmoet en waar de korrels waaruit de lagen zelf bestaan, op één lijn liggen. Dit zijn de wegen die Van Rooyen kwam afleggen.

Zouden de nanowegen het pad van het zilverneerslag uit het TRISO-brandstofdeeltje kunnen zijn? Ze bieden wel een pad van minder weerstand, een punt van potentiële zwakte in het siliciumcarbide. De eerste stap zou zijn om te kijken of er zilver langs deze wegen te vinden is.

De onderzoeksmethode van Van Rooyen was een Scanning Transmission Electron Microscope van Yaqio Wu, een universitair hoofddocent onderzoek aan de Boise State University en instrumentleider van de Materials and Characterization Suite bij het Center for Advanced Energy Studies. Ergens langs een van de nanoroad-korrelgrenzen, Van Rooyen en Wu, samen met materiaalingenieur Tom Lillo, zou het zilverneerslag kunnen zien.

"We waren echt als privédetectives, "Zei Van Rooyen. De aanwezigheid van het zilver op de nanowegen - als het daar was - zou een sleutelwoord in het mysterie zijn.

Na een jaar geduld en administratief werk, ze kreeg eindelijk haar handen op de werkelijke, bestraalde monsters.

Eureka-moment

Tijdens een onderzoeksbriefing op de ochtend ontving het team de monsters, ze bespraken het feit dat ze op zoek waren naar een speld in een hooiberg. Voor een, de stukjes zilver waren zo klein. En niet alle TRISO-deeltjes stoten zilver uit. Zou er zelfs zilver zijn in het specifieke monster waar ze naar keken?

Maar wat die middag kwam, was een van de zeldzame eureka-momenten - een ontdekking die in een oogwenk tot stand lijkt te komen.

Na jarenlang verschillende hypothesen over de locatie van het zilver te hebben onderzocht en verworpen, Van Rooyen en haar team plaatsten het bestraalde TRISO-deeltje onder de elektronenmicroscoop. Dit zou het dichtst bij zijn, meest zorgvuldige blik op de nanowegen in bestraalde TRISO ooit.

Op diezelfde middag, microscoopoperator Wu zoomde in en ze vonden het zilverneerslag. Het zat vast op de kruising van twee lagen TRISO-coating, op de nanowegen tussen korrels.

Het was "een absoluut 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. Volgende, 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, " ze zei.