該結果，有特色作為封面物理化學雜志B的，有利于在傳統的罐浪費，這是因為不可預知的低水或“水包存在特別困難處理工作，對基礎化學棚燈鹽“解決方案。

“值得注意的是，這些電解質溶液能夠在非常高的鹽濃度下保持液態; 但是因此，它們不像正常的，更稀釋的液體那樣自由移動，“ORNL地球化學家Hsiu-Wen Wang說，他領導了中子散射研究。

鹽水溶液的特征在于高粘度，其可在液體和近固體，玻璃狀態之間波動，使得它們難以控制。在核廢料罐中，這些腐蝕性溶液會堵塞泵和管道，阻礙它們被移除以進行處理。

更好地了解這種不同類型的液體的基本化學成分，可以為穩定這些解決方案提供廣泛的應用，并為20世紀40年代至80年代積累的傳統儲罐廢物提供清理策略。

例如，美國能源部在華盛頓的漢福德工廠，在其原子時代運營的40多年中，產生了數十億加侖的受污染液體。該網站的“ 油庫 ”是美國能源部環境清理計劃中最困難和最昂貴的議程項目之一。

“在這種復雜，高度集中的環境中，獨特的化學特性使廢物的修復變得復雜，放射性產生了額外的挑戰，”ORNL化學科學部的Andrew Stack說。“通過努力了解復雜解決方案中原子級別的情況，我們可以更好地預測其性質和反應性，從而可以改善處理核廢料的策略。”

在美國能源部能源前沿研究中心IDREAM(放射性環境和材料界面動力學)的支持下，研究人員研究了一種非放射性合成鹽水氫氧化鋁 - 鋁酸鹽(Na + OH - / Al(OH)4 -)。

混合物在漢福德的廢物罐中以更稀的濃度存在，以及其他幾種表現相似的電解質溶液。

在室溫下的一杯水中，水分子以皮秒為單位遷移。然而，在所研究的解決方案中，研究人員發現這些運動的速度要慢10至100倍，具體取決于鹽的濃度。

基本上，水分子被相互作用的復雜湯中的“離子”捕獲或包圍。“對于一個離子移動，許多其他分子和離子必須移動，這使得動力學變得有趣，”王說。

盡管鹽水溶液的性質遲緩，但堆棧說，“許多不同類型的同步運動 - 有些快速，有些慢 - 正在原子水平上發生。”

為了理解這些快速和慢速的原子運動，研究人員轉向兩個美國能源部科學用戶設施辦公室的實驗能力，ORNL 的散裂中子源和PNNL 的環境分子科學實驗室。

該團隊在ORNL進行了準彈性中子散射(QENS)，在PNNL進行了核磁共振(NMR)光譜分析。QENS和NMR光譜學一起使用，可以提供關于原子在整個溶液中重新定向和擴散的方式的替代觀點。

“核磁共振光譜顯示原子在幾毫秒內的運動，而QENS捕獲原子運動超過皮秒，”Trent Graham說，他在該研究中進行了核磁共振光譜分析。“結合起來，這兩種技術在多個時間尺度上提供互補數據，這對于理解我們正在研究的解決方案中離子的復雜運動至關重要。”

通過ORNL 的BASIS儀器，該團隊使用中子收集其他技術無法獲得的獨特信息。

“中子非常適合水基系統分析，因為它們為弱原子提供了有利的對比，如氫氣，不易被X射線看到; 和QENS是一種特殊的技術，涉及使用中子來關聯原子的空間和時間信息，“BASIS儀器科學家Eugene Mamontov說。

“當水流動時，原子會改變位置，QENS不僅可以告訴你跳躍的速度或速度，還可以告訴你什么距離以及這些細節如何與化學結構相對應，”Mamontov說。

將動力學與結構分析相結合是該研究的目標。將實驗數據與在ORNL的DOE用戶設施Oak Ridge Leadership Computing Facility進行的分子動力學模擬進行比較，該研究是關于Na + OH - / Al(OH)4 -結構的伴隨研究。