Un coup d'interrupteur. Une lumière LED éclaire un bécher rempli de liquide. Un autre film. Il fait noir.

Cette impulsion de lumière sans prétention éclaire l'un des défis les plus difficiles à deux anciens sites d'armes nucléaires. La lumière pourrait conduire à une meilleure façon de tirer un élément troublant, américium, à partir d'une soupe d'éléments similaires.

« Une telle séparation est vitale pour diverses raisons, comme le traitement des déchets nucléaires, démantèlement des armes nucléaires, ou purificateur d'américium pour les détecteurs de fumée, " a déclaré Kenneth Hanson, qui dirige un projet de séparation de l'américium par la lumière au Centre de recherche Energy Frontier du Center for Actinide Science &Technology (CAST) et est professeur adjoint à la Florida State University. Le bureau des sciences du ministère de l'Énergie (DOE) finance le centre.

L'américium n'est qu'un des éléments auxquels les scientifiques doivent faire face pour nettoyer les sites où les arsenaux nucléaires du pays ont été construits. Gérer ces éléments signifie découvrir des secrets scientifiques sur les fauteurs de troubles hautement radioactifs dans les 93 millions de gallons de déchets stockés dans l'État de Washington et en Caroline du Sud. "C'est à une échelle parfois difficile à appréhender, " a déclaré Thomas Albrecht-Schmitt, professeur à la Florida State University et directeur du CAST. "C'est ahurissant."

Le plan de traitement des déchets prévoit une vitrification, un processus à haute température qui piège les éléments radioactifs dans des « bûches » solides. Éliminer facilement l'américium, qui génère de la chaleur indésirable, et son stockage séparé des bûches ou sa réutilisation pourraient simplifier le traitement des déchets. Les recherches de Hanson et de ses collègues reposent sur une molécule filandreuse qui se lie à tous les éléments du bécher. La lumière n'excite que l'américium et fait changer les cordes en permanence. Il fait ressortir le fauteur de troubles et se sépare plus facilement de l'uranium, plutonium, et tous les autres éléments lourds au bas du tableau périodique. "Ils sont dans une zone exotique du tableau périodique, " a déclaré Stosh Kozimor, un scientifique CAST au Laboratoire national de Los Alamos du DOE.

Connu sous le nom d'actinides, ces éléments sont énigmatiques car extrêmement difficiles à extraire, par rapport à des éléments plus courants comme le nickel ou le fer, et la quantité de planification, précautions de sécurité, et le coût diffère énormément.

Dossiers pour les fauteurs de troubles radioactifs. Parce que ces éléments énigmatiques sont difficiles à étudier et suscitent de telles inquiétudes dans le traitement des déchets nucléaires, l'équipe construit des descriptions détaillées des éléments lourds à travers des expériences de laboratoire, simulation informatique, et des calculs concentrés, Plus précisément, sur la disposition des électrons.

Les éléments lourds ont le plus d'électrons par rapport aux autres éléments du tableau périodique. Tourbillonnant autour du noyau de l'atome, les électrons influencent la façon dont un élément se lie aux autres éléments qui l'entourent. Des liaisons faibles signifient que des éléments pourraient s'échapper des bûches de verre. Des liens solides maintiennent les fauteurs de troubles à l'intérieur. Cela est important lors de l'examen d'alternatives qui pourraient être créées en utilisant moins d'énergie.

"Les bûches sont vraiment stables, mais nous avons besoin de 2000 degrés [Fahrenheit] de chaleur pour les faire, " a déclaré Albrecht-Schmitt. "Nous essayons de fabriquer des matériaux tout aussi stables, qui lient les éléments lourds, mais dans des conditions beaucoup plus douces, disons des températures autour de celles nécessaires pour faire bouillir l'eau. "

Trouver des experts et des amis. Percer les mystères des éléments lourds nécessite une équipe aux perspectives diverses. « Ce centre, " dit Hanson, « est de faire venir des personnes ayant des compétences différentes et qui peuvent créer des ponts de collaboration entre leurs domaines et proposer quelque chose de nouveau et d'intéressant. »

Par exemple, Hanson, un photochimiste, se concentre sur les cellules solaires. "Essentiellement, Je suis venu du point de vue que la lumière peut résoudre tous les problèmes du monde, " a déclaré Hanson. " Tom [Albrecht-Schmitt] sait tout sur les éléments lourds. Ensemble, nous pouvons résoudre les problèmes."

Un autre aspect de la diversité chez CAST est l'expérience de travail avec des matières radioactives dans les installations des utilisateurs. Kozimor n'hésite pas à remercier l'équipe d'assistance aux utilisateurs du SLAC National Accelerator Laboratory, où il travaille avec des synchrotrons. "Le SLAC dispose d'un groupe de sécurité exceptionnel et de toute une équipe de scientifiques et d'ingénieurs de lignes de lumière qui souhaitent travailler sur des échantillons radioactifs, " a déclaré Kozimor.

Une équipe aussi diversifiée que CAST ne fonctionne que si les gens sont prêts à partager des idées et à travailler ensemble. « Trouver des personnes en qui vous pouvez avoir confiance pour partager des idées et avec qui faire preuve de créativité est important, " a déclaré Kozimor. " Au CAST, nous avons ces gens."

"Je suis ravi de la façon dont les choses se passent, " a déclaré Albrecht-Schmitt. Naviguer à travers les défis, l'équipe fait le long voyage pour découvrir comment les éléments lourds se comportent pour éclairer la voie à un ajustement fin du traitement des déchets nucléaires.