Wissenschaftler erzeugen winzige Kernexplosionen, um radioaktiven Staub zu erforschen

Dadurch verdampfen nahegelegene Materialien wie Boden, Beton, Komponenten organische Stoffe augenblicklich. Sie verwandeln sich in eine überhitzte Gas- und Plasmaschwemme, die als Feuerball bezeichnet wird. Dieser Feuerball dehnt sich aus, kühlt ab, und es beginnen sich winzige Partikel zu bilden.

Genau diese Partikel fallen später als nuklearer Fallout wieder auf die Erde zurück. Aus Sicht der nuklearen Forensik wirken diese Partikel wie winzige chemische „Fossilien", die analysiert werden können.

Sie bewahren Hinweise darüber, welche Materialien vorhanden waren, wie hoch die Temperaturen wurden, wie lange hohe Temperaturen anhielten und möglicherweise, welcher Art nuklearer Vorfall stattgefunden hat. Besseres Verständnis des nuklearen Fallout: Alle entscheidenden Puzzleteile, die dann zur Planung ßnahmen, Aufräumarbeiten und der Überwachung können.

Technik, Energie und Einsatz

Zu diesem Zweck hat das LLNL eine spezielle Maschine namens Plasma-Flow-Reaktor entwickelt, die wie eine Art Miniatur-Simulator für künstliche nukleare Feuerbälle wirkt. Innerhalb dieses Reaktors kann das Team Gemische aus Uran, Cerium und Cäsium verdampfen und dann steuern, wie die Dampfphase abgekühlt wird.

Dies ermöglicht es ihnen, zu beobachten, wann sich Partikel bilden, welche chemischen Bindungen eingehen und wie die Abkühlgeschwindigkeit das Ergebnis beeinflusst. Dies steht im Gegensatz zu älteren Modellen, die Elemente tendenziell eher unabhängig voneinander und in einer vorhersehbaren Reihenfolge behandelten.

Typischerweise ging man davon aus, dass Uran, Cäsium und Plutonium bei festgelegten „Schmelzpunkten" Arbeiten des LLNL zeigen jedoch, dass die Elemente sich beim Abkühlen chemisch gegenseitig beeinflussen. Dies bedeutet, dass die Entstehung und eher „suppenartig" ist als bisher angenommen.

Insbesondere Cäsium verhält sich als Wildcard

Insbesondere Cäsium verhält sich als Wildcard mehr als gedacht und bleibt oft deutlich länger gasförmig.

Verläuft das Abkühlen langsamer, mischt sich das Cäsium tendenziell gründlicher mit anderen Elementen, was die Fallout-Chemie im Laufe der Zeit erschwert. „Eine Veränderung der Dauer, in der Materialien hohen Temperaturen ausgesetzt bleiben, kann chemische Reaktionen sowie die Einbindung flüchtiger Elemente wie Cäsium in Partikel beeinflussen", erklärte Rakia Dhaoui, Wissenschaftlerin und Autorin des LLNL. „Komplexer als bisher angenommen: Diese Partikel bewahren ein Aufzeichnung darüber, wie sie entstanden sind." „Durch die Untersuchung dieser Prozesse in einem kontrollierten System können wir Annahmen durch Messungen ersetzen, die Modelle zur Interpretation Entscheidungsfindung in kritischen Momenten unterstützen", fügte er hinzu. „Historische Studien zu Fallout zeigen, dass der Weg, den Materialien nehmen, während sie abkühlen, ", sagte Dhaoui. „Die Abkühlrate und die Verweilzeit bei erhöhter Temperatur können die chemische Speziation und die Partikelbildung verändern." Durch ein besseres Verständnis der Abkühlung nach nuklearen Explosionen werden Wissenschaftler in der Lage sein, den Typ der explodierten Vorrichtung, ihre Bauweise und die verwendeten Materialien zu bestimmen.

Dies kann wiederum genutzt werden, um zukünftige Ereignisse wie die Katastrophe Fukushima Daiichi besser zu planen und darauf zu reagieren. Die Studie können Sie selbst in der Zeitschrift Analytical Chemistry einsehen.