Cientistas pioneiros criaram uma bola de fogo nuclear em miniatura e fizeram uma descoberta surpreendente no campo das reações químicas.
A pesquisa conduzida no Laboratório Nacional Lawrence Livermore procurou preencher possíveis lacunas no conhecimento dos modelos de precipitação nuclear, com resultados publicados na revista Analytical Chemistry.
O estudo examinou o comportamento do urânio, do cério e do césio à medida que esses elementos sofrem vaporização, reações químicas e condensação sob condições de temperatura controladas com precisão.
Os pesquisadores descobriram que os modelos estabelecidos podem não levar em conta as interações químicas significativas que ocorrem na formação de partículas radioativas – os detritos radioativos liberados na atmosfera por uma explosão nuclear.
Quando armas nucleares explodem ou ocorrem acidentes graves em reatores, enormes liberações de energia nos materiais circundantes em microssegundos, criando uma nuvem de plasma em expansão que eventualmente esfria e solidifica.
Para estudar esses fenômenos, a equipe de pesquisa desenvolveu um reator de fluxo de plasma capaz de replicar as condições encontradas em uma bola de fogo nuclear.
Os materiais foram alimentados em um plasma de alta temperatura, vaporizados e depois passados através de um tubo onde a taxa de resfriamento poderia ser monitorada.
O aparelho permitiu que os pesquisadores experimentassem reduzir gradativamente a temperatura em todo o tubo e observar que os materiais permaneciam quentes por muito tempo antes de serem resfriados rapidamente.
Diagrama de um reator de fluxo de plasma usado para estudar partículas à medida que elas se movem de um plasma quente (esquerda) para um estado condensado mais frio (direita)
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LLNL
A operação contínua do reator permitiu que amostras fossem coletadas em diferentes pontos do tubo, permitindo aos pesquisadores testemunhar a evolução das partículas ao longo do processo de formação.
O urânio, que era menos volátil, solidificou-se precocemente e foi o ponto de referência, enquanto o cério, frequentemente utilizado como substituto do plutónio, seguiu um padrão semelhante.
Ambos os elementos apresentaram variações químicas dependendo de sua história térmica.
Enquanto isso, o césio condensou-se muito mais tarde do que seus equivalentes, misturando-se muito mais profundamente com o urânio e o cério em altas temperaturas prolongadas.
A pesquisadora do LLNL, Rakia Dhaoui, disse: “Mudar o tempo que os materiais permanecem em altas temperaturas pode mudar as reações químicas e como elementos voláteis como o césio são incorporados às partículas.
“Essas partículas preservam registros de sua formação.
“Ao estudar estes processos num sistema controlado, podemos substituir suposições por medições, melhorar os modelos utilizados para interpretar os resíduos nucleares e apoiar a tomada de decisões quando é mais importante.”
O objetivo do estudo é representar melhor os complexos processos envolvidos na formação de precipitação durante eventos nucleares reais
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COMUNS DA WIKIMEDIAMuitos modelos atuais de precipitação tratam os materiais como se eles se comportassem de forma independente, o que significa que as reações químicas entre os elementos são apenas parcialmente capturadas.
Ao isolar os efeitos da história térmica sob condições laboratoriais controladas, os investigadores refinaram modelos que historicamente se basearam em suposições simplistas.
A equipe planeja continuar esta pesquisa investigando combinações de materiais mais realistas, com o objetivo de representar melhor os complexos processos envolvidos na formação de precipitação durante eventos nucleares reais.