I condensati di ossido di alluminio e ferro perfettamente sferici aerodinamicamente favoriti sono stati recuperati utilizzando l'apparato sperimentale recentemente sviluppato presso il Lawrence Livermore National Laboratory. Le particelle di ossido di uranio mostravano caratteristiche irregolari. Gli scienziati di Lawrence Livermore stanno creando queste particelle in condizioni controllate per sviluppare una comprensione dei primi principi di come si forma la ricaduta nucleare. Credito:Lawrence Livermore National Laboratory
Per comprendere la formazione di ricadute da un'esplosione nucleare, è importante osservare la fase gassosa degli ossidi metallici all'interno del dispositivo.
Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno sviluppato un reattore a flusso di plasma per simulare sperimentalmente il raffreddamento tardivo delle palle di fuoco post-detonazione dove la temperatura scende al di sotto di 10, 000 K. Studiano la formazione di nanoparticelle da atomi in fase gassosa per svelare i processi di frazionamento chimico che l'uranio e altri elementi chimici attraversano durante la condensazione della palla di fuoco. La ricerca appare in una recente edizione della rivista Rapporti scientifici .
I ricercatori sperano di comprendere meglio l'interconnessione tra reazioni chimiche e processi microfisici (ad esempio nucleazione, condensazione, crescita, ecc.) su scale temporali rilevanti per la formazione delle ricadute.
"Abbiamo mostrato un legame quantificabile tra la distribuzione delle dimensioni delle particelle recuperate e la cinetica chimica della fase gassosa, una considerazione che è assente negli attuali modelli di formazione delle ricadute". disse Batikan Koroglu, Ricercatore post-dottorato LLNL e autore principale dell'articolo.
La formazione di nanoparticelle dalla fase gassosa è un argomento importante per molte aree della chimica e della fisica. La formazione di particolato a seguito di un'esplosione nucleare è un caso speciale che comporta la rapida condensazione di materiale da uno stato iniziale di plasma ad alta temperatura. Studi precedenti hanno studiato campioni di detriti nucleari per comprendere il destino e il trasporto del materiale post-detonazione nell'atmosfera. Però, l'interazione tra la termodinamica di equilibrio, la cinetica chimica e la fugacità dell'ossigeno (ambiente locale) sono ancora sconosciute per l'uranio sottoposto a condizioni di temperatura estreme.
Il reattore a flusso di plasma del team ha permesso loro di monitorare l'evoluzione chimica in fase gassosa di tre tipi di metalli (ferro, alluminio e uranio) che portano alla formazione di nanoparticelle mediante spettroscopia ottica in situ e misurazioni di microscopia elettronica ex situ. Questi tre metalli sono stati scelti perché i loro ossidi mostrano volatilità molto distinte.
"La comprensione della chimica della fase gassosa delle reazioni di ricombinazione è necessaria per descrivere accuratamente i modelli di condensazione osservati durante il rapido raffreddamento di un'esplosione nucleare, " ha detto Koroglu.
