Une équipe de chercheurs de l'Université de Caroline du Sud utilise des neutrons pour développer des matériaux plus durables et efficaces appelés formes de déchets pour stocker en toute sécurité des substances dangereuses.

L'équipe de l'USC a récemment visité le laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie pour étudier les matériaux d'inclusion de sel (SIM) qui contiennent des canaux de silicate internes avec la capacité d'immobiliser en toute sécurité les déchets nucléaires. Les chercheurs espèrent obtenir des informations précieuses sur les propriétés des matériaux en utilisant les ressources de la source de neutrons de spallation de l'ORNL, telles que l'instrument POWGEN, Ligne de lumière SNS 11A.

« Nous étudions les SIM dans le but de créer de nouveaux matériaux qui séquestrent plus efficacement et en toute sécurité des éléments de déchets nucléaires comme le technétium, " a déclaré le chercheur principal Hans-Conrad zur Loye. " Il s'agit d'un processus à long terme, et nous espérons développer la chimie fondamentale nécessaire à la conception de ces formes de déchets au cours des prochaines années. »

Les matériaux sous forme de déchets agissent comme une sorte de "sac" cristallin pour contenir des éléments radioactifs au fur et à mesure qu'ils se désintègrent au fil du temps. Les chercheurs visent à concevoir une forme de déchets sur mesure pour encapsuler les isotopes radioactifs et fournir des garanties supplémentaires. Par exemple, si de l'eau s'infiltre dans les conteneurs, la nouvelle forme de déchets ne se dissoudrait pas.

Les chercheurs étudient les réactions d'échange d'ions, le processus par lequel les sels non radioactifs sont remplacés par des radionucléides pour un stockage à long terme dans les SIM. L'équipe avait auparavant utilisé les rayons X pour analyser les séquelles des réactions et prévoit maintenant de tirer parti de la nature pénétrante et non destructive des neutrons pour révéler les changements structurels en temps réel. Cette connaissance aidera à identifier les propriétés nécessaires à un matériau pour immobiliser efficacement les déchets nucléaires.

"Nous savons par quoi nous commençons et par quoi nous finissons, mais on ne sait pas encore ce qui se passe au milieu, " a déclaré zur Loye. " La capacité de voir ce qui se passe pendant le processus est unique aux neutrons. "

Cette recherche est menée dans le cadre du Center for Hierarchical Waste Form Materials (CHWM), un centre de recherche DOE Energy Frontier. L'objectif de CHWM est de développer de nouveaux matériaux capables de stocker une concentration plus élevée de déchets nucléaires sans permettre au contenu radioactif de s'infiltrer dans l'environnement environnant. Un moyen d'atteindre cet équilibre consiste à utiliser des matériaux hiérarchiques tels que les cartes SIM, qui se composent de petites structures contenues dans de plus grandes. Les chercheurs du centre étudient différentes variantes de ces substances et modélisent de nouveaux supports pour le stockage des déchets nucléaires.

"Notre objectif est de fabriquer de nouveaux matériaux de stockage de déchets nucléaires pour séquestrer en toute sécurité les radionucléides afin qu'ils ne pénètrent pas dans l'approvisionnement en eau ou dans l'atmosphère, " a déclaré zur Loye. " Si nous pouvons concevoir un matériau qui offre une marge de sécurité supplémentaire, nous pourrions être en mesure de fournir une solution sûre pour des milliers d'années à venir."