Результаты экспериментов улучшат модели аварий и ядерную криминалистику.
На базе Национальной лаборатории имени Лоуренса Ливермора (LLNL) была запущена уникальная установка — плазменный реактор, который имитирует условия ядерного огненного взрыва в уменьшенном масштабе. Исследователи испаряют смеси урана, церия и цезия, а затем наблюдают за процессом охлаждения пара. Эксперименты опровергают традиционные модели радиоактивных осадков: элементы не конденсируются отдельно при своих «точках замерзания», а активно взаимодействуют друг с другом во время охлаждения.
Цезий особенно непредсказуем — он остается в газообразном состоянии дольше, и при медленном охлаждении глубже смешивается с другими веществами, формируя сложные, «супообразные» частицы. Это исследование улучшит модели ядерных инцидентов, станет полезным в ядерной криминалистике (для определения типа бомбы и материалов) и поможет в планировании ликвидации последствий.
В момент ядерного взрыва (или аварии на реакторе) температура в эпицентре мгновенно превышает температуру поверхности Солнца. Почва, бетон и строительные материалы испаряются, создавая перегретое облако газа и плазмы — «огненный шар». При расширении и охлаждении из этого пара конденсируются мельчайшие радиоактивные частицы, которые затем осаждаются на землю.
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 действительность гораздо сложнее.
Данная установка предоставляет возможность:
- 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.
Традиционные расчеты основывались на предположении, что цезий конденсируется в виде чистого металла или простого соединения при определенных температурах. Эксперименты продемонстрировали: цезий находится в газовой фазе дольше, чем изначально считалось. При медленном охлаждении он успевает химически соединяться 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 времени 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 нахождения при высокой температуре могут менять химический состав и морфологию осадков,— отметил Ракия Дхауи, ученый LLNL.