科學家模擬核火球，在飄落的塵埃中發現驚喜

科學家研究放射性塵埃是如何形成的，因為它可以提供有關核事件期間發生的情況的寶貴線索，並有助於改進用於安全評估的模型。在發表於的一項新研究中 分析化學勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 (LLNL) 的研究人員研究了鈾、鈰和銫在嚴格控制的溫度條件下蒸發、化學反應和凝結時的行為。

他們的發現表明，一些廣泛使用的沉降模型可能忽略了顆粒形成時發生的重要化學反應。

重現核火球的條件

LLNL 計畫的科學家兼作者 Rakia Daoui 表示：“改變材料在高溫下停留的時間可能會改變化學反應以及銫等揮發性元素融入分子的方式。” “這些粒子記錄了它們是如何形成的。通過在受控系統中研究這些過程，我們可以用測量代替假設，改進用於解釋核碎片的模型，並在最重要的時候支持決策。”

為了研究這些過程，團隊使用了一個等離子流反應器，旨在模擬核火球內部的部分環境。將特定的材料組合引入高溫等離子體中，並在其中蒸發。然後產生的蒸氣穿過一根管子，在材料冷卻的同時可以仔細控制溫度。

這種設置允許研究人員將材料暴露於兩種不同的冷卻場景，稱為熱歷史。在一種情況下，整個管道的溫度逐漸下降。在另一種情況下，材料在快速冷卻之前保持較熱的時間更長。由於反應器會連續運行，因此可以從多個位置收集樣本，使科學家能夠監測顆粒形成時的變化。

為什麼冷卻日期很重要？

「歷史意義研究表明，材料冷卻時的路徑很重要，」阿爾-道伊說。 “高溫下的冷卻速度和時間可以改變化學物質和顆粒成分。”

研究人員選擇了鈾、鈰和銫，因為它們在凝結過程中表現不同。鈾的揮發性相對較小，並且在過程早期會凝結，使其成為有用的標準。鈰通常用作鈽的替代品，其凝結方式與鈾類似。然而，這兩種元素的化學性質都發生了變化，這取決於它們所經歷的熱歷史。

銫的表現完全不同。它比其他元素凝結得晚，當在高溫下保存較長時間時，它與鈾和鈰的混合程度要高得多。

改進核輻射模型

結果表明，沉澱物的形成不僅取決於不同元素何時凝結，還取決於隨著溫度降低它們如何相互作用。許多現有的關聯模型主要將物質視為獨立行為，這意味著其中一些化學反應僅部分代表。

透過在受控實驗系統中隔離熱歷史的影響，研究人員產生了可用於評估和改進長期以來依賴簡單假設的沉降模型的數據。

該團隊計劃透過研究更真實的材料混合物來擴展工作，目的是更好地捕捉現實世界核事件期間控制放射性塵埃形成的複雜過程。