Aerodynamiskt gynnade perfekt sfäriska kondensat av järn och aluminiumoxid återvanns med den nyligen utvecklade experimentuppställningen vid Lawrence Livermore National Laboratory. Uranoxidpartiklar visade oregelbundna egenskaper. Lawrence Livermores forskare skapar dessa partiklar under kontrollerade förhållanden för att utveckla en första princip förståelse för hur kärnkraftsnedfall bildas. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory
För att förstå bildandet av nedfall från en kärnvapenexplosion, det är viktigt att titta på gasfasen för metalloxider i enheten.
Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare har utvecklat en plasmaflödesreaktor för att experimentellt simulera den sena kylningen av eldklot efter detonation där temperaturen sjunker under 10, 000 K. De undersöker bildandet av nanopartiklar från gasfasatomer för att reda ut de kemiska fraktioneringsprocesser som uran och andra kemiska grundämnen går igenom under eldklotkondensation. Forskningen publiceras i en ny upplaga av tidskriften Vetenskapliga rapporter .
Forskarna hoppas att bättre förstå kopplingen mellan kemiska reaktioner och mikrofysikaliska processer (t.ex. kärnbildning, kondensation, tillväxt, etc.) på tidsskalor som är relevanta för nedfallsbildning.
"Vi visade en kvantifierbar koppling mellan återvunnen partikelstorleksfördelning och gasfas kemisk kinetik - ett övervägande som saknas i de nuvarande modellerna för nedfallsbildning." sa Batikan Koroglu, LLNL postdoktor och huvudförfattare till artikeln.
Bildandet av nanopartiklar från gasfas är ett viktigt ämne för många områden inom kemi och fysik. Bildandet av partiklar efter en kärnvapenexplosion är ett specialfall som involverar snabb kondensering av material från ett initialt högtemperaturplasmatillstånd. Tidigare studier undersökte kärnavfallsprover för att förstå ödet och transporten av material efter detonation i atmosfären. Dock, samspelet mellan jämviktstermodynamik, kemisk kinetik och syrefugacity (lokal miljö) är fortfarande okänd för uran som utsätts för extrema temperaturförhållanden.
Teamets plasmaflödesreaktor tillät dem att övervaka gasfasens kemiska utveckling av tre typer av metaller (järn, aluminium och uran) vilket leder till bildning av nanopartiklar med in-situ optisk spektroskopi och ex-situ elektronmikroskopi. Dessa tre metaller valdes eftersom deras oxider uppvisar mycket distinkta flyktigheter.
"Att förstå gasfaskemin för rekombinationsreaktioner är nödvändigt för att exakt beskriva kondensationsmönstren som observeras under den snabba kylningen av en kärnexplosion, sa Koroglu.
