«В Ок-Ридже существует очень большой потенциал для ядерной аналитики, от оказания помощи в коммерческом производстве ядерной энергии до обеспечения надлежащего учета ядерных материалов в мире», — сказал Джозеф Джакинто из ORNL, руководитель Лаборатории ядерной аналитической химии и изотопов. , или НАСИЛ. «Моя группа — это специализированная аналитическая группа. Мы специализируемся на ядерной сфере, от ядерных топливных исследований до ядерной криминалистики и обеспечения нераспространения».От Манхэттенского проекта в 1940-х годах до 50-летнего юбилея изотопного реактора с высоким потоком и его выбора в качестве исторической достопримечательности Американского ядерного общества, ORNL был выдающимся направлением для ядерных исследований.Теперь исследователи NACIL снова обращают внимание на ядерные возможности ORNL.
Оснащенные лучшими в мире элементными масс-спектрометрами, превосходными чистыми помещениями и непревзойденным опытом, ученые ORNL пользуются большим спросом.Например, в группу NACIL входят аналитические лаборатории, которые первыми были утверждены в качестве сетевой аналитической лаборатории для Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) Организации Объединенных Наций, помогая цели организации «Атом во имя мира» по обеспечению ядерного нераспространения с помощью глобальные испытания для обнаружения незаконной деятельности по обогащению урана.В 2011 году ORNL инвестировала в свою группу ядерно-аналитической химии, превратив Мышиный дом, малоиспользуемый объект, в котором когда-то проводилась новаторская генетическая программа национальной лаборатории, в ультрасовременный центр судебно-медицинской экспертизы. За последние два года Госдепартамент США предоставил NACIL инвестиции на общую сумму более 1,5 миллиона долларов для замены устаревших масс-спектрометров на современные инструменты с возможностями, не имеющими аналогов по чувствительности и точности.
Под шестилетним руководством Джакинто финансирование группы ядерной криминалистики резко возросло, увеличившись почти в 10 раз по сравнению с предыдущими годами.В связи с растущим количеством запросов на проекты, поступающих из множества источников, таких как Государственный департамент, Министерство внутренней безопасности США, НАСА и МАГАТЭ, ученые ORNL применяют семидесятилетний ядерный ноу-хау для решения некоторых из самых насущных проблем ядерной безопасности в мире.Успешные поиски Ученые NACIL исследовали многочисленные ядерные «места преступлений».
Они раскрыли тайны убийства президента Джона Ф. Кеннеди и внезапной смерти президента Захари Тейлора, используя простые пряди волос, осколки ногтей и фрагменты пуль. Они проанализировали соотношение элементов в смешанном оксидном топливе для Комиссии по ядерному регулированию США, профилируя безопасность и эффективность альтернативного источника топлива. И они достигли еще большего, помогая в разработке производственного процесса для создания исходных материалов для батареи дальнего космоса НАСА для следующей эры межпланетных исследований.Более двадцати с лишним исследователей NACIL сотрудничают с нескольких сайтов по всему кампусу национальной лаборатории.
Изобретательность и опыт команды используются в различных глобальных проектах, таких как обучение аналитическим методам в международных центрах передового опыта для обеспечения безопасности и, в случае Роба Смита из NACIL, совместное патентование химического детектора, который может «вынюхивать» секретные могилы. .Команда часто работает с радиоактивными материалами, помогая в разработке методов извлечения изотопов высокой чистоты для использования в медицине и выполняя подробные химические экстракции и выделения. Подобные измерения позволяют улучшить моделирование облучения материала, обеспечивая радиохимический шаблон для лучшего понимания ядерных материалов.
Исследования с целью найти остатки радиоактивных материалов следового уровня являются краеугольным камнем усилий NACIL. Большая часть судебно-медицинской экспертизы на уровне трассировки началась два года назад в качестве пилотного проекта — и была настолько успешной, что теперь программа стала основой ORNL. Разработка быстрых методов разделения элементов и их изотопов и методов обнаружения следов "отпечатков пальцев" в ядерных материалах теперь приносит пользу их многочисленным национальным спонсорам в области ядерной криминалистики.
Чтобы убедиться, что комплекты мазков не загрязнены перед взятием образцов, химики проверяют их на облучательных установках HFIR, прежде чем комплекты будут развернуты в полевых условиях. После этого МАГАТЭ, мировой ядерный наблюдатель, может использовать одобренные комплекты для проверки ядерных объектов, чтобы определить, нарушила ли страна свои обещания по сокращению обогащения и соглашения о нераспространении ядерного оружия.Но именно нейтронно-активационный анализ или НАА дает этой команде уникальные возможности. Доступ к самому высокому в мире непрерывному потоку тепловых нейтронов обеспечивает самые низкие пределы обнаружения урана и плутония среди всех глобальных установок NAA.
Ученые ORNL используют его для характеристики ядерных материалов, тщательно исследуя их соотношение основных, второстепенных и следовых химических элементов.Исследователи бомбардируют неизвестный образец (скажем, отпечаток теста МАГАТЭ) нейтронами из HFIR до тех пор, пока не испускается гамма-излучение, создавая уникальный и обнаруживаемый «отпечаток пальца» делящегося материала образца. Сопоставление доказательств с установленными эталонными стандартами позволяет определить содержание образца.
В настоящее время Дэвид Глазго из ORNL разрабатывает метод дальнейшего улучшения «отпечатков пальцев» ядерных изотопов. «Лаборатория нейтронно-активационного анализа [расположенная в HFIR] предоставляет исследовательскому сообществу высокоточные материалы для ядерной криминалистики», — сказал Глазго. «Кроме того, мы используем специализированные ядерные методы, которые позволяют получать объемные и изотопные данные о следах делящихся материалов для анализа материалов, представляющих интерес для ядерной криминалистики и миссий по нераспространению».Между тем, последний эксперимент NACIL включает в себя усовершенствованные процедуры для расширенных характеристик отработавшего ядерного топлива. Точный и всесторонний анализ жизненно важен на всех этапах топливного цикла, и исследователи разрабатывают стандарты и методы испытаний материалов на основе этой работы.
Ученый-компьютерщик ORNL Ян Голд, например, моделирует ядерное топливо и облученные испытательные материалы. Он тесно сотрудничает с учеными NACIL, изучающими стареющее отработавшее ядерное топливо, чтобы сравнить эксперимент с теоретическими расчетами, чтобы улучшить прогнозные модели поведения топлива.
Такие усилия по проверке могут также помочь радиохимическим детективам ORNL поддерживать будущую судебно-медицинскую деятельность.С появлением лаборатории Ultra-Trace Forensics Science Facility и мультиспонсируемого центра масс-спектрометрии в ORNL — в комплекте со строгими чистыми помещениями, небольшим потреблением энергии, новыми защитными перчаточными ящиками и капюшоном для судебно-медицинской экспертизы — появилась неоспоримый потенциал будущего NACIL, уважающего свое прошлое.