Om de vorming van neerslag van een nucleaire explosie te begrijpen, het is belangrijk om te kijken naar de gasfase van metaaloxiden in het apparaat.

Wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hebben een plasmastroomreactor ontwikkeld om experimenteel de late afkoeling van vuurballen na detonatie te simuleren waar de temperatuur onder de 10 daalt, 000 K. Ze onderzoeken de vorming van nanodeeltjes uit gasfase-atomen om de chemische fractioneringsprocessen te ontrafelen die uranium en andere chemische elementen doorlopen tijdens vuurbalcondensatie. Het onderzoek verschijnt in een recente editie van het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten .

De onderzoekers hopen het verband tussen chemische reacties en microfysische processen (bijv. kiemvorming, condensatie, groei, etc.) op tijdschalen die relevant zijn voor de vorming van neerslag.

"We hebben een kwantificeerbaar verband aangetoond tussen de verdeling van de teruggewonnen deeltjesgrootte en de chemische kinetiek van de gasfase - een overweging die afwezig is in de huidige modellen voor neerslagvorming." zei Batikan Koroglu, LLNL postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur van het artikel.

De vorming van nanodeeltjes uit de gasfase is een belangrijk onderwerp voor veel gebieden van scheikunde en natuurkunde. De vorming van deeltjes na een nucleaire explosie is een speciaal geval waarbij de snelle condensatie van materiaal uit een aanvankelijke hoge temperatuur plasmatoestand. Eerdere studies onderzochten monsters van nucleair puin om het lot en het transport van post-detonatiemateriaal in de atmosfeer te begrijpen. Echter, het samenspel tussen evenwichtsthermodynamica, chemische kinetiek en zuurstofvluchtigheid (lokale omgeving) is nog onbekend voor uranium dat wordt blootgesteld aan extreme temperatuuromstandigheden.

Dankzij de plasmastroomreactor van het team konden ze de chemische evolutie in de gasfase van drie soorten metalen (ijzer, aluminium en uranium) leidend tot de vorming van nanodeeltjes met behulp van in-situ optische spectroscopie en ex-situ elektronenmicroscopiemetingen. Deze drie metalen werden gekozen omdat hun oxiden zeer verschillende vluchtigheden vertonen.

"Het begrijpen van de gasfasechemie van recombinatiereacties is noodzakelijk om de condensatiepatronen die worden waargenomen tijdens de snelle afkoeling van een nucleaire explosie nauwkeurig te beschrijven, ' zei Koroglu.