Vědci simulovali jadernou ohnivou kouli a objevili překvapení v radioaktivním spadu

Foto: LLNL

Simulace jaderné ohnivé koule

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) zrekonstruovali část intenzivního chaosu uvnitř jaderné ohnivé koule, aby lépe porozuměli, jak se tvoří radioaktivní spad. Jejich experimenty odhalily, že způsob, jakým se ochlazují vypařené materiály, může dramaticky změnit částice, které se nakonec vytvoří, zejména u těkavých prvků jako je cesium.

Autor původního článku: redakce

Výzkum a jeho význam

Když dojde k výbuchu jaderné zbraně nebo vážné havárii reaktoru, uvolní se obrovské množství energie za méně než miliontinu sekundy. Extrémní teplo okamžitě vypaří okolní vzduch a materiály, čímž vznikne zářivý, rozšiřující se oblak plynu a plazmy. Jak tato jaderná ohnivá koule roste, mísí se s okolní atmosférou, ochlazuje se a nakonec kondenzuje do drobných pevných částic, které se stávají jaderným spadem. Vědci studují, jak se spad tvoří, protože to může poskytnout cenné stopy o tom, co se během jaderné události stalo, a pomoci zlepšit modely používané pro hodnocení bezpečnosti.

Experimenty s plazmovým reaktorem

V nové studii publikované v Analytical Chemistry vědci z LLNL zkoumali, jak se uran, cer a cesium chovají, když se vypařují, chemicky reagují a kondenzují za pečlivě kontrolovaných teplotních podmínek. Jejich zjištění naznačují, že některé široce používané modely spadu mohou přehlížet důležité chemické interakce, které se vyskytují při tvorbě částic. Tým použil plazmový reaktor navržený tak, aby napodobil část prostředí uvnitř jaderné ohnivé koule. Specifické kombinace materiálů byly zavedeny do vysokoteplotní plazmy, kde byly vypařeny. Výsledná pára pak procházela trubicí, ve které mohly být teploty pečlivě kontrolovány, jak se materiál ochlazoval.

Význam historie ochlazování

„Historické studie spadu naznačují, že cesta, kterou materiály procházejí při ochlazování, je důležitá,“ řekla Rakia Dhaoui, vědkyně z LLNL. „Rychlost ochlazování a doba při zvýšené teplotě mohou změnit chemickou specifikaci a tvorbu částic.“ Vědci vybrali uran, cer a cesium, protože každý se během kondenzace chová jinak. Uran je relativně méně těkavý a kondenzuje brzy v procesu, což z něj činí užitečný referenční bod. Cer, který se často používá jako náhrada za plutonium, kondenzoval podobně jako uran. Oba prvky však ukázaly změny ve své chemii v závislosti na tepelné historii, kterou zažily. Cesium se chovalo velmi odlišně. Kondenzovalo mnohem později než ostatní prvky, a když zůstalo při vysokých teplotách delší dobu, mísilo se mnohem intenzivněji s uranem a cerem.

Zlepšení modelů jaderného spadu

Výsledky naznačují, že tvorba spadu závisí nejen na tom, kdy různé prvky kondenzují, ale také na tom, jak spolu chemicky interagují, když teploty klesají. Mnoho stávajících modelů spadu primárně zachází s materiály, jako by se chovaly nezávisle, což znamená, že některé z těchto chemických reakcí jsou pouze částečně zastoupeny. Izolováním účinků tepelné historie v kontrolovaném experimentálním systému vědci vytvořili data, která mohou být použita k hodnocení a zlepšení modelů spadu, které dlouho spoléhaly na zjednodušené předpoklady. Tým plánuje rozšířit práci studiem realističtějších směsí materiálů s cílem lépe zachytit složité procesy, které řídí tvorbu spadu během reálných jaderných událostí.

Mohlo by vás zajímat

• Teleskop Fermi od NASA odhaluje zdroj energie za monstrózními supernovami
• Hubble zachycuje M88 na nebezpečné cestě, která ji může navždy změnit
• Vědci objevili, že prastaré jednobuněčné předky stále žijí ve vaší krvi

Původní článek: Scientists simulated a nuclear fireball and found a surprise in the fallout