Un compuesto de uranio importante pero poco estudiado podría ser clave para un mundo más limpio y seguro, según una nueva investigación que surge del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, el Laboratorio Nacional del Río Savannah y la Escuela de Minas de Colorado.
En un papel publicado en El Diario de Química Física Clos científicos explican cómo utilizaron la supercomputadora más rápida de los Estados Unidos para mapear las vibraciones moleculares del hidrato de tetrafluoruro de uranio, o UFH, un subproducto del ciclo del combustible nuclear.
La HNF se forma cuando el tetrafluoruro de uranio, una sal radiactiva que se usa habitualmente para producir uranio metálico, comienza a descomponerse después de una inmersión en agua de 12 horas o más. Aunque los científicos han estudiado el uranio y su poder para dividir el átomo durante casi un siglo, la mayoría de esos estudios se han centrado en resultados intencionales en lugar de subproductos no deseados como la HNF.
“Desde la Segunda Guerra Mundial hasta la Guerra Fría, tenemos décadas de estudio, pero la principal preocupación era hacer que las cosas funcionaran desde el punto de vista de la producción, como construir bombas y alimentar reactores”, dijo Andrew Miskowiec, autor principal del estudio, en un comunicado de prensa. declaración.
“La UFH no se consideraba valiosa para esos fines. Eso significa que no se ha estudiado tan de cerca y no se entiende tan bien. Necesitamos saber todo lo que podamos sobre estos materiales para saber qué buscar cuando los descubramos en la naturaleza”.
Cada una de las diversas formas moleculares del uranio experimenta un conjunto único de vibraciones, creadas por el movimiento dinámico de sus átomos, que pueden actuar como una firma si los científicos saben qué buscar. El equipo de investigación utilizó VISION, el espectrómetro de dispersión de neutrones inelásticos de mayor resolución del mundo, para bombardear muestras con neutrones, monitorear la energía perdida o ganada y capturar la gama completa de vibraciones de UFH.
“Para otras técnicas de caracterización comunes, habríamos tenido que disolver o destruir la muestra para estudiarla”, dijo Ashley Shields, coautora del artículo.
“Si no tenemos una muestra grande para comenzar, definitivamente no queremos destruirla antes de extraer la mayor cantidad de información posible. La espectroscopia nos brinda una forma de recopilar datos y preservar la muestra para su posterior análisis”.
La supercomputadora en juego
Utilizando el sistema de supercomputación IBM AC922 de 200 petaflops del laboratorio de Oakridge y aplicando la teoría funcional de la densidad, un enfoque mecánico cuántico para estimar la estructura de los materiales, para modelar las propiedades de UFH, los científicos pudieron obtener la primera imagen completa del espectro vibratorio completo de UFH para nuevos información sobre la estructura atómica del compuesto.
“Estas son estructuras extremadamente grandes e intrincadas con muchos átomos que vibran constantemente en todas las direcciones con muy poca simetría”, dijo Shields. “Cada ruptura en la simetría requiere más cálculos, lo que aumenta el tiempo de cómputo requerido para determinar las propiedades vibratorias. Estos cálculos nos permiten visualizar qué tipos de vibraciones son, cómo se ve el movimiento, qué átomos participan y causan cada vibración y a qué frecuencia”.
El equipo usó los datos para comparar el espectro vibratorio calculado con el experimental medido en la fuente de neutrones de espalación del laboratorio, lo que permitió la identificación a nivel atómico de las características espectrales en los datos experimentales. El estudio requirió más de 115000 horas de nodo para generar los resultados.
“Ahora tenemos una mejor capacidad para identificar este material en el campo, y los resultados serán fundamentales para comprender otros aspectos ambientales del ciclo del combustible”, dijo Miskowiec.
En otras palabras, los hallazgos pueden permitir una mejor detección del contaminante ambiental y una mejor comprensión de cómo las condiciones ambientales influyen en el comportamiento químico de los materiales del ciclo de combustible.
