Ядерные осадки смоделировали в лаборатории: ученые получили неожиданный результат
Исследование было проведено командой из Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL). Ученые провели эксперимент в высокотемпературной плазменной трубке, которая имитировала часть ядерного огненного шара.
В ходе эксперимента ученые стремились увидеть, как поведут себя частицы, испаряющиеся в ходе реакции деления, при их охлаждении, пишет Analytical Chemistry.
В качестве исходных элементов исследователи использовали три урана (топливо во многих видах оружия и реакторах), цезий (радиоактивный побочный продукт ядерного деления) и церий (используемый в качестве заменителя плутония, который применяется в ядерном оружии).
Крайне важно, что команда смоделировала два различных сценария для получения результатов: сценарий постоянного, непрерывного охлаждения и сценарий, в котором температура поддерживалась на очень высоком уровне, прежде чем резко упасть.
“Изменение продолжительности пребывания материалов при высокой температуре может повлиять на химические реакции и на то, как летучие элементы, такие как цезий, включаются в частицы. Исторические исследования радиоактивных осадков показывают, что путь, по которому движутся материалы при охлаждении, имеет важное значение», — говорит химик Ракия Дхауи.
Используя свой плазменный реактор длиной около метра, команда нагрела элементы до температуры около 4727 градусов Цельсия.
Первоначальный сверхгорячий огненный шар испарил все, как это происходит при ядерном взрыве, но исследователей больше всего интересовало, как три исходных элемента конденсируются и превращаются в частицы.
Для урана и церия закономерности были довольно схожими.
Оба элемента конденсировались относительно рано, как только температура начинала падать, как в сценарии непрерывного охлаждения, так и в сценарии замедленного охлаждения. Хотя были некоторые различия в дополнительных соединениях, которые образовывали элементы.
Цезий стал для исследователей самым большим сюрпризом, поскольку он продемонстрировал неожиданное поведение.
В обоих сценариях охлаждения он конденсировался гораздо позже, чем уран и церий, а в сценарии, где температура поддерживалась выше в течение более длительного времени, он сильнее смешивался с другими элементами и образовывал более сложные соединения.
Помимо понимания процесса выпадения радиоактивных осадков заранее, эти результаты могут помочь ученым работать в обратном направлении — анализируя последствия ядерного события и определяя условия, которые привели к образованию конденсированных частиц.