近日，萨凡纳河国家实验室(SRNL)的研究人员正致力于利用尖端科学，以创新方式有效固定核废料。作为分级废物成型材料中心(HWM Center)的一部分，该实验室正在探索放射性废物管理领域的新方向。

SRNL 高级科学家 Travis Deason 向实验室研究员 David Diprete 演示了如何使用位于放射性遏制单元内的显微镜寻找合适的新型锕系元素材料晶体。(照片：SRNS/Lj Gay)

大约十年前，美国能源部科学办公室启动了“能源前沿研究中心”(EFRC)项目，旨在解决环境管理的基本研究需求。这些EFRC旨在实现各中心机构之间的协同作用，共同攻克无法单独实现的研究目标。

“多机构分级废物成型材料中心成立于大约八年前，当时作为一家EFRC，致力于开发分级废物成型的基础科学，从而开发废物成型解决方案和材料，”SRNL玻璃、水泥和陶瓷科学组首席研究员Jake Amoroso表示。“我们并不直接生产或设计最终的废物成型体，而是进行基础科学研究，以帮助理解如何创造和设计新型废物成型材料，使其以可预测的方式发挥作用。在此过程中，我们会发现、制造和测试新材料。”

该中心由南卡罗来纳大学牵头，并与SRNL、太平洋西北国家实验室、克莱姆森大学、密歇根大学、佛罗里达大学和法国原子能和替代能源委员会(CEA)等机构合作，深入探究已在美国能源部和工业界应用的放射性元素的基本行为。

“在过去的四五十年里，人们对玻璃化(玻璃状废物形式)进行了大量研究，这是全球公认的标准，”阿莫罗索说。“但玻璃并非万能，在某些应用中，它可能不是最佳选择。目前存在知识差距，我们对替代废物成型材料的潜力理解不足。”填补这一知识差距是分级废物成型材料中心的目标。阿莫罗索补充道：“过去三四十年的相关研究相对较少。”

作为该中心的成员之一，SRNL正在开发包含镅、镎和钚的新型超铀材料，包括最近开发的钚(V)硼酸盐结构。SRNL环境和遗产管理局实验室研究员David Diprete表示：“该结构是我们大约一年前开发的新结构之一。”“中心已经制造了独特的材料，如镅硼酸盐、钚硼酸盐、钚硅酸盐、镎氟化物和钚氟化物。”

“我们正在进一步表征这些材料，”阿莫罗索说。“我们已经发表了一些成果，每天都在撰写更多论文。我们关注的元素包括钚、铀、铯、镅、镎和锔。我们对超铀元素特别感兴趣，因为它们具有有趣的特性，而目前对它们的研究并不多，SRNL是少数几个可以安全处理它们的地方之一。此外，SRNL正在通过分级废物成型材料中心的合作研究，帮助培养一支能力强、技术熟练的劳动力队伍。”

据阿莫罗索介绍，废物形态的关键在于它们对放射性元素的保留程度。通过制造硼酸镅等化合物，该中心的目标是制造稳定的晶体材料，以便在化学环境中进行测量，例如浸出研究，以测量放射性元素从废物形态中释放出来的程度。这有助于中心了解哪些材料适合作为废物形态。

迪普雷特表示，该中心是一个大型合作项目，各大学主导材料的理论建模和模拟开发，而借助SRNL的能力，实验室可以研究放射性元素并制造和测试这些材料。

“我们正在进一步了解这些材料的化学性质，”迪普雷特说。“以前没有人制造过这些材料，所以我们不仅在保存元素，还在研究它们可以制成什么材料。我们正在获得大量基础科学知识。”

尽管SRNL以其在应用科学领域的卓越表现而闻名，但其在中心的作用更多地与基础科学有关。阿莫罗索表示，该中心的目标不是制造最新的废物形式，而是缩小知识差距，更好地了解制造替代废物形式背后的科学。

分级废物形式材料中心和SRNL的工作不断拓展我们对分级废物形式的理解，并推动创新，确保核废料的持续安全处置。