В Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL) заработала уникальная установка — плазменный реактор, который воспроизводит условия ядерного огненного взрыва в микромасштабе. Ученые испаряют смеси урана, церия и цезия, а затем контролируют охлаждение пара. Эксперименты опровергают классические модели радиоактивных осадков: элементы не конденсируются независимо при своих «точках замерзания», а активно вступают в химические реакции друг с другом во время охлаждения.
Особенно непредсказуем цезий — он остается в газообразном состоянии дольше, и при медленном охлаждении глубже смешивается с другими материалами, создавая сложные, «супообразные» частицы. Это исследование улучшит модели ядерных аварий, поможет в ядерной криминалистике (определении типа бомбы и материалов) и планировании ликвидации последствий.
Когда происходит ядерный взрыв (или авария на реакторе), температура в эпицентре мгновенно поднимается выше температуры поверхности Солнца. Почва, бетон, конструкционные материалы испаряются, образуя перегретое облако газа и плазмы — «огненный шар». При расширении и охлаждении из этого пара конденсируются мельчайшие радиоактивные частицы, которые затем выпадают на землю в виде осадков.
Старые модели предполагали, что элементы конденсируются по отдельности, как вода при замерзании: каждый при своей температуре. Однако плазменный реактор LLNL позволил впервые наблюдать процесс в реальном времени и показал, что реальность сложнее.
Установка позволяет:
- Испарять контролируемые смеси радиоактивных элементов (уран, цезий, церий, плутоний);
- Регулировать скорость охлаждения от быстрого (взрыв) до медленного (авария реактора);
- Анализировать образующиеся частицы на молекулярном уровне.
Классические расчеты исходили из того, что цезий конденсируется в виде чистого металла или простого соединения при определенной температуре. Эксперименты показали: цезий остается в газовой фазе дольше, чем предполагалось. Если охлаждение происходит медленно, он успевает химически связаться с ураном, кремнием, железом и другими элементами, образуя сложные многокомпонентные частицы. При быстром охлаждении (как при взрыве) цезий конденсируется быстрее, но тоже не изолированно.
Изменение продолжительности пребывания материалов при высоких температурах влияет на химические реакции и на то, как летучие элементы, такие как цезий, включаются в состав частиц. Скорость охлаждения и время пребывания при повышенной температуре могут изменять химический состав и морфологию осадков,— рассказал Ракия Дхауи, ученый LLNL.
Образующиеся частицы — это микроскопические «окаменелости» взрыва. По их химическому составу, размеру и структуре можно определить:
- Какие материалы присутствовали в эпицентре;
- Как долго поддерживалась высокая температура;
- Был ли это ядерный взрыв (бомба) или это авария реактора;
- В случае оружия — тип устройства и даже способ его изготовления.
LLNL не собирается взрывать ядерные бомбы ради науки. Вместо этого они создали микрокосм огненного шара в вакуумной камере и наблюдали, как из плазмы рождается смертельная пыль. Оказалось, что старые учебники ошибались.
Читайте также нашу статью о том, как на месте первого ядерного взрыва в США нашли необычный кристалл.
Источник: hi-tech.mail.ru