Teamet tester virkningerne af ilt på uran

Et team af forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) og University of Michigan har fundet ud af, at afkølingshastigheden i reaktioner dramatisk påvirker typen af ​​uranmolekyler, der dannes.

Holdets eksperimentelle arbejde, udført over omkring halvandet år fra oktober 2020, forsøger at hjælpe med at forstå, hvilke uranforbindelser der kan dannes i miljøet efter en nuklear begivenhed. Det er for nylig blevet beskrevet i Scientific Reports .

"Et af vores vigtigste resultater var at lære, at afkølingshastigheden påvirker adfærden af ​​uran," sagde Mark Burton, avisens hovedforfatter og kemiker i Labs Materials Science Division. "Det store billede her er, at vi ønsker at forstå uranium kemi i energiske miljøer."

I deres eksperimenter fandt forskerne fra LLNL og Michigan ud af, at afkølingshastigheden – såvel som mængden af ​​ilt – dramatisk påvirker, hvordan uran kombineres med ilt.

De seneste eksperimenter viste, at da uran afkøles fra et plasma ved omkring 10.000 grader Celsius i mikrosekunder (milliontedele af et sekund), er kemien drastisk anderledes sammenlignet med afkøling over millisekunder (tusindedele af et sekund).

Tidligere LLNL-eksperimenter i 2020, ledet af maskiningeniør Batikan Koroglu, gav det første eksperimentelle bevis for fænomenerne, at mængden af ​​ilt, der kombineres med uran, kan påvirke, hvilke uranmolekyler der dannes. Disse resultater blev underbygget i de seneste LLNL-Michigan eksperimenter.

Det seneste arbejde, udført under et Laboratory Directed Research and Development (LDRD) strategisk initiativ, søger at forstå virkningen af ​​det lokale miljø på fysikken og kemien af ​​nukleare eksplosioner, især for at hjælpe med beregningsmodelleringsbestræbelser.

"Elektronstrukturerne af aktinider, såsom uran og plutonium, er ekstremt komplekse og vanskelige at modellere beregningsmæssigt," sagde Kim Knight, en medforfatter af undersøgelsen og lederen af ​​LDRD's strategiske initiativ.

"Eksperimenter som dette kan give data og indsigt i den generaliserede adfærd af disse aktinider, noget der hjælper vores beregningsmodellering."

Uran og ilt kan kombineres og danne hundredvis af forskellige molekyler, afhængigt af iltkoncentrationen og afkølingshastighederne; hver af disse arter kan have forskellig og særskilt kemisk adfærd.

"Når uran kommer i kontakt med ilt, vil det danne forskellige molekyler. Afkølingshastigheden påvirker også den type molekyler, der dannes. Vi bekymrer os om, hvilke specifikke molekyler der dannes som et resultat," forklarede Burton.

Til deres eksperimenter brugte holdet et 6-tommer-x-6-tommer reaktionskammer på bænken, der blev udviklet af tre af gruppens forskere:Burton, Jonathan Crowhurst og David Weisz.

De affyrede en 50 millijoule laserpuls for at fjerne en del af et kvadratcentimeter uranmetalmål ved at bruge in-situ infrarød spektroskopi til diagnostik.

"Udviklingen af ​​et sådant lille fodaftryk, velkontrolleret og reproducerbart eksperiment gør det muligt for vores forskere at arbejde med ekstra små mængder af uran. Denne unikke, innovative benchtop-tilgang giver data af meget høj kvalitet til den videnskab, vi forsøger at udføre, " sagde Crowhurst, som er fysiker.

Forskellige egenskaber ved uran har påvirket forskernes fortolkninger af historiske begivenheder og kan påvirke deres evne til at forstå fremtidige begivenheder.

"Disse eksperimenter forbedrer vores forståelse af gasfase-kemiske reaktioner mellem uran og oxygen, når varme plasmaer afkøles, hvilket kan informere modeller om atomeksplosioner for at forfine vores prædikative evner til partikeldannelse og transport," sagde Knight.

"Urans skæbne i miljøet er vigtig for at forudsige virkningen af ​​begivenheder som atomvåben eller nukleare ulykker i forskellige miljøer. En af applikationerne er at hjælpe med fortolkningen af ​​begivenheder for nuklear efterforskning," tilføjede hun. + Udforsk yderligere

Eksperiment forbedrer forudsigelser af uraniumspredning