När energi tillsätts uran under tryck, det skapar en chockvåg, och även ett litet prov kommer att förångas som en liten explosion. Genom att använda mindre, kontrollerade explosioner, fysiker kan testa i mikroskala i en säker laboratoriemiljö vad som tidigare bara kunde testas i större, farligare experiment med bomber.

"I vårat fall, det är lasern som avsätter energi i ett mål, men du får samma bildning och tidsberoende utveckling av uranplasma, ", sa författaren Patrick Skrodzki. "Med dessa småskaliga explosioner i labbet, vi kan förstå liknande fysik."

I ett nyligen genomfört experiment, forskare som arbetade med Skrodzki använde en laser för att avlägsna atomärt uran, stjäl dess elektroner tills den joniserades och förvandlades till plasma, allt medan du registrerar kemiska reaktioner när plasman kyls, oxiderade och bildade arter av mer komplext uran. Deras arbete sätter uranarter och reaktionsvägarna mellan dem på en karta över rum och tid för att upptäcka hur många nanosekunder det tar att bilda och vid vilken del av plasmans evolution.

I deras papper, släpptes denna vecka i Plasmas fysik , författarna upptäckte att uran bildar mer komplexa molekyler, som uranmonoxid, urandioxid och andra, större kombinationer, eftersom det blandas med olika procentandelar syre.

"Vi använde optisk emission och tittade på exciterade tillstånd som sönderfaller till grundtillstånd, men det är bara en liten del av bilden, " sa Skrodzki.

Uran, med sina 92 ​​elektroner och ungefär 1, 600 energinivåer, kan producera ett komplicerat spektrum som är svårt att tyda, även med högupplöst spektroskopi. I tidningen, författarna fokuserade på en energiövergång i plasma. De undersökte noggrant plasmaplymens morfologi, kollisionsinteraktioner med olika koncentrationer av syre, och andra faktorer, som plyminneslutning och partikelhastigheter, att skapa en detaljerad bild av arternas utveckling från atomärt uran till mer komplexa uranoxider.

De resulterande data har implikationer för teknologier som använder lasrar för att undersöka material och detaljera deras elementära sammansättning, såsom laserspektroskopisystemet på Mars Curiosity-rovern. Den kan också användas som en bärbar enhet för att verifiera att kärnkraftsavtalen efterlevs genom att testa för bevis på produktion av anrikat uran.

"Det finns fortfarande så mycket arbete kvar att göra i detta ämne, " Sa Skrodzki. "Det är en vetenskaplig fråga, eftersom ingen vet något om den optiska emissionen i det synliga området från de högre oxiderna. Vi vill försöka tillhandahålla data för att fylla dessa luckor."