该结果，有特色作为封面物理化学杂志B的，有利于在传统的罐浪费，这是因为不可预知的低水或“水包存在特别困难处理工作，对基础化学棚灯盐“解决方案。
“值得注意的是，这些电解质溶液能够在非常高的盐浓度下保持液态; 但是因此，它们不像正常的，更稀释的液体那样自由移动，“ORNL地球化学家Hsiu-Wen Wang说，他领导了中子散射研究。
盐水溶液的特征在于高粘度，其可在液体和近固体，玻璃状态之间波动，使得它们难以控制。在核废料罐中，这些腐蚀性溶液会堵塞泵和管道，阻碍它们被移除以进行处理。
更好地了解这种不同类型的液体的基本化学成分，可以为稳定这些解决方案提供广泛的应用，并为20世纪40年代至80年代积累的传统储罐废物提供清理策略。
例如，美国能源部在华盛顿的汉福德工厂，在其原子时代运营的40多年中，产生了数十亿加仑的受污染液体。该网站的“ 油库 ”是美国能源部环境清理计划中最困难和最昂贵的议程项目之一。
“在这种复杂，高度集中的环境中，独特的化学特性使废物的修复变得复杂，放射性产生了额外的挑战，”ORNL化学科学部的Andrew Stack说。“通过努力了解复杂解决方案中原子级别的情况，我们可以更好地预测其性质和反应性，从而可以改善处理核废料的策略。”
在美国能源部能源前沿研究中心IDREAM(放射性环境和材料界面动力学)的支持下，研究人员研究了一种非放射性合成盐水氢氧化铝 - 铝酸盐(Na + OH - / Al(OH)4 -)。
混合物在汉福德的废物罐中以更稀的浓度存在，以及其他几种表现相似的电解质溶液。
在室温下的一杯水中，水分子以皮秒为单位迁移。然而，在所研究的解决方案中，研究人员发现这些运动的速度要慢10至100倍，具体取决于盐的浓度。
基本上，水分子被相互作用的复杂汤中的“离子”捕获或包围。“对于一个离子移动，许多其他分子和离子必须移动，这使得动力学变得有趣，”王说。
尽管盐水溶液的性质迟缓，但堆栈说，“许多不同类型的同步运动 - 有些快速，有些慢 - 正在原子水平上发生。”
为了理解这些快速和慢速的原子运动，研究人员转向两个美国能源部科学用户设施办公室的实验能力，ORNL 的散裂中子源和PNNL 的环境分子科学实验室。
该团队在ORNL进行了准弹性中子散射(QENS)，在PNNL进行了核磁共振(NMR)光谱分析。QENS和NMR光谱学一起使用，可以提供关于原子在整个溶液中重新定向和扩散的方式的替代观点。
“核磁共振光谱显示原子在几毫秒内的运动，而QENS捕获原子运动超过皮秒，”Trent Graham说，他在该研究中进行了核磁共振光谱分析。“结合起来，这两种技术在多个时间尺度上提供互补数据，这对于理解我们正在研究的解决方案中离子的复杂运动至关重要。”
通过ORNL 的BASIS仪器，该团队使用中子收集其他技术无法获得的独特信息。
“中子非常适合水基系统分析，因为它们为弱原子提供了有利的对比，如氢气，不易被X射线看到; 和QENS是一种特殊的技术，涉及使用中子来关联原子的空间和时间信息，“BASIS仪器科学家Eugene Mamontov说。
“当水流动时，原子会改变位置，QENS不仅可以告诉你跳跃的速度或速度，还可以告诉你什么距离以及这些细节如何与化学结构相对应，”Mamontov说。
将动力学与结构分析相结合是该研究的目标。将实验数据与在ORNL的DOE用户设施Oak Ridge Leadership Computing Facility进行的分子动力学模拟进行比较，该研究是关于Na + OH - / Al(OH)4 -结构的伴随研究。
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