Ученые создали миниатюрный ядерный огненный шар в лаборатории
NewsMakerИсследователи выяснили, как раскалённая смесь сохраняет следы происхождения и условий образования выпадений
После ядерного взрыва или тяжёлой аварии на реакторе в воздух поднимается раскалённое облако из испарившихся материалов. Через короткое время облако остывает, а образовавшиеся твёрдые частицы выпадают на землю. Учёные Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса выяснили, что химический состав таких частиц формируется сложнее, чем предполагали прежние модели.
Частицы радиоактивных выпадений хранят следы событий внутри огненного шара: какие материалы попали в облако, при какой температуре проходили реакции и как быстро остывала смесь. Анализ подобных следов помогает восстановить обстоятельства ядерного инцидента, уточнить модели распространения загрязнения и спланировать работы в заражённой зоне.
Для экспериментов исследователи LLNL использовали плазменный проточный реактор, который воспроизводит один из этапов формирования выпадений: охлаждение горячего пара и превращение пара в частицы. В плазму вводили смеси урана, церия и цезия, после чего меняли температурный режим. В одном сценарии смесь постепенно остывала, в другом дольше оставалась горячей, а затем быстро охлаждалась.
Прежние модели часто рассматривали элементы по отдельности и предполагали, что каждый компонент конденсируется при своей характерной температуре. Эксперименты показали другую картину: во время охлаждения уран, церий и цезий вступают в химическое взаимодействие, поэтому состав частиц зависит не только от температуры, но и от времени, проведённого в горячей зоне.
Уран конденсировался сравнительно рано и служил ориентиром для сравнения. Церий, который учёные использовали как заменитель плутония в лабораторной системе, вёл себя близко к урану. Цезий оказался наиболее непредсказуемым компонентом: элемент дольше сохранялся в газообразном состоянии, а при более медленном охлаждении активнее смешивался с другими веществами.
«Изменение времени, в течение которого материалы остаются при высокой температуре, может повлиять на химические реакции и на включение летучих элементов, таких как цезий, в частицы», — объяснила автор исследования Ракия Дауи. По словам учёной, лабораторные измерения помогут заменить упрощённые предположения данными и улучшить модели, по которым специалисты интерпретируют радиоактивные обломки после ядерных событий.
Результаты пригодятся не только для ядерной криминалистики, где по частицам пытаются установить происхождение и характер инцидента. Более точные модели выпадений могут помочь при оценке последствий тяжёлых аварий на атомных объектах, планировании эвакуации, мониторинга загрязнения и последующей очистки территории.
Исследование опубликовано в журнале Analytical Chemistry. Учёные намерены продолжить эксперименты с более реалистичными смесями материалов, чтобы приблизить лабораторную модель к процессам, которые происходят при реальных ядерных инцидентах.
После ядерного взрыва или тяжёлой аварии на реакторе в воздух поднимается раскалённое облако из испарившихся материалов. Через короткое время облако остывает, а образовавшиеся твёрдые частицы выпадают на землю. Учёные Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса выяснили, что химический состав таких частиц формируется сложнее, чем предполагали прежние модели.
Частицы радиоактивных выпадений хранят следы событий внутри огненного шара: какие материалы попали в облако, при какой температуре проходили реакции и как быстро остывала смесь. Анализ подобных следов помогает восстановить обстоятельства ядерного инцидента, уточнить модели распространения загрязнения и спланировать работы в заражённой зоне.
Для экспериментов исследователи LLNL использовали плазменный проточный реактор, который воспроизводит один из этапов формирования выпадений: охлаждение горячего пара и превращение пара в частицы. В плазму вводили смеси урана, церия и цезия, после чего меняли температурный режим. В одном сценарии смесь постепенно остывала, в другом дольше оставалась горячей, а затем быстро охлаждалась.
Прежние модели часто рассматривали элементы по отдельности и предполагали, что каждый компонент конденсируется при своей характерной температуре. Эксперименты показали другую картину: во время охлаждения уран, церий и цезий вступают в химическое взаимодействие, поэтому состав частиц зависит не только от температуры, но и от времени, проведённого в горячей зоне.
Уран конденсировался сравнительно рано и служил ориентиром для сравнения. Церий, который учёные использовали как заменитель плутония в лабораторной системе, вёл себя близко к урану. Цезий оказался наиболее непредсказуемым компонентом: элемент дольше сохранялся в газообразном состоянии, а при более медленном охлаждении активнее смешивался с другими веществами.
«Изменение времени, в течение которого материалы остаются при высокой температуре, может повлиять на химические реакции и на включение летучих элементов, таких как цезий, в частицы», — объяснила автор исследования Ракия Дауи. По словам учёной, лабораторные измерения помогут заменить упрощённые предположения данными и улучшить модели, по которым специалисты интерпретируют радиоактивные обломки после ядерных событий.
Результаты пригодятся не только для ядерной криминалистики, где по частицам пытаются установить происхождение и характер инцидента. Более точные модели выпадений могут помочь при оценке последствий тяжёлых аварий на атомных объектах, планировании эвакуации, мониторинга загрязнения и последующей очистки территории.
Исследование опубликовано в журнале Analytical Chemistry. Учёные намерены продолжить эксперименты с более реалистичными смесями материалов, чтобы приблизить лабораторную модель к процессам, которые происходят при реальных ядерных инцидентах.