Quando l'energia viene aggiunta all'uranio sotto pressione, crea un'onda d'urto, e anche un piccolo campione sarà vaporizzato come una piccola esplosione. Usando più piccolo, esplosioni controllate, i fisici possono testare su microscala in un ambiente di laboratorio sicuro ciò che in precedenza poteva essere testato solo in ambienti più grandi, esperimenti più pericolosi con le bombe.

"Nel nostro caso, è il laser che deposita energia su un bersaglio, ma ottieni la stessa formazione ed evoluzione dipendente dal tempo del plasma di uranio, " ha detto l'autore Patrick Skrodzki. "Con queste esplosioni su piccola scala in laboratorio, possiamo capire una fisica simile."

In un recente esperimento, gli scienziati che lavorano con Skrodzki hanno usato un laser per l'ablazione dell'uranio atomico, rubando i suoi elettroni finché non si è ionizzato e si è trasformato in plasma, il tutto registrando reazioni chimiche mentre il plasma si raffreddava, specie ossidate e formate di uranio più complesso. Il loro lavoro mette le specie di uranio e le vie di reazione tra di loro su una mappa dello spazio e del tempo per scoprire quanti nanosecondi impiegano per formarsi e in quale parte dell'evoluzione del plasma.

Nella loro carta, uscito questa settimana in Fisica dei Plasmi , gli autori hanno scoperto che l'uranio forma molecole più complesse, come il monossido di uranio, biossido di uranio e altri, combinazioni più grandi, poiché si mescola con diverse percentuali di ossigeno.

"Abbiamo usato l'emissione ottica e abbiamo osservato gli stati eccitati che decadono negli stati fondamentali, ma questa è solo una piccola parte dell'immagine, " ha detto Skrodzki.

Uranio, con i suoi 92 elettroni e circa 1, 600 livelli di energia, può produrre uno spettro complicato che è difficile da decifrare, anche con spettroscopia ad alta risoluzione. Nella carta, gli autori si sono concentrati su una transizione energetica nel plasma. Hanno esaminato da vicino la morfologia del pennacchio di plasma, interazioni collisionali con varie concentrazioni di ossigeno, e altri fattori, come il confinamento del pennacchio e le velocità delle particelle, creare un quadro dettagliato dell'evoluzione delle specie dall'uranio atomico agli ossidi di uranio più complessi.

I dati risultanti hanno implicazioni per le tecnologie che utilizzano i laser per sondare i materiali e dettagliare la loro composizione elementare, come il sistema di spettroscopia laser sul rover Mars Curiosity. Può anche essere utilizzato per un dispositivo portatile per verificare la conformità al trattato nucleare testando la prova della produzione di uranio arricchito.

"C'è ancora tanto lavoro da fare su questo argomento, " ha detto Skrodzki. "È una domanda scientifica, perché nessuno sa nulla dell'emissione ottica nella regione visibile da quegli ossidi superiori. Vogliamo provare a fornire dati per colmare queste lacune".