Laserproduceret uranplasma udvikler sig til mere komplekse arter

Når energi tilsættes uran under tryk, det skaber en chokbølge, og selv en lille prøve vil blive fordampet som en lille eksplosion. Ved at bruge mindre, kontrollerede eksplosioner, fysikere kan teste i mikroskala i et sikkert laboratoriemiljø, hvad der tidligere kun kunne testes i større, farligere eksperimenter med bomber.

"I vores tilfælde, det er laseren, der afsætter energi i et mål, men du får den samme dannelse og tidsafhængige udvikling af uranplasma, " sagde forfatter Patrick Skrodzki. "Med disse små eksplosioner i laboratoriet, vi kan forstå lignende fysik."

I et nyligt eksperiment, forskere, der arbejder med Skrodzki, brugte en laser til at fjerne atomart uran, stjæle dets elektroner, indtil det ioniserede og blev til plasma, alt mens du registrerer kemiske reaktioner, mens plasmaet afkøles, oxiderede og dannede arter af mere komplekst uran. Deres arbejde sætter uranarter og reaktionsvejene mellem dem på et kort over rum og tid for at opdage, hvor mange nanosekunder det tager at danne, og i hvilken del af plasmaets udvikling.

I deres papir, udgivet i denne uge Plasmas fysik , forfatterne opdagede, at uran danner mere komplekse molekyler, såsom uranmonoxid, urandioxid og andre, større kombinationer, da det blander sig med forskellige procentdele ilt.

"Vi brugte optisk emission og så på exciterede tilstande, der henfalder til grundtilstande, men det er kun en lille del af billedet, " sagde Skrodzki.

Uran, med sine 92 elektroner og ca. 1, 600 energiniveauer, kan producere et kompliceret spektrum, der er svært at tyde, selv med højopløsningsspektroskopi. I avisen, forfatterne fokuserede på én energiovergang i plasmaet. De undersøgte nøje plasmafanens morfologi, kollisionsinteraktioner med forskellige koncentrationer af ilt, og andre faktorer, som faneindeslutning og partikelhastigheder, at skabe et detaljeret billede af arternes udvikling fra atomart uran til mere komplekse uranoxider.

De resulterende data har betydning for teknologier, der bruger lasere til at sondere materialer og detaljere deres elementære sammensætning, såsom laserspektroskopisystemet på Mars Curiosity-roveren. Det kan også bruges til en bærbar enhed til at verificere overholdelse af nuklear traktat ved at teste for beviser for beriget uranproduktion.

"Der er stadig så meget arbejde tilbage med dette emne, " sagde Skrodzki. "Det er et videnskabeligt spørgsmål, fordi ingen ved noget om den optiske emission i det synlige område fra de højere oxider. Vi vil forsøge at levere data til at udfylde disse huller."