Wanneer onder druk energie aan uranium wordt toegevoegd, het veroorzaakt een schokgolf, en zelfs een klein monster zal verdampen als een kleine explosie. Door kleinere, gecontroleerde explosies, natuurkundigen kunnen op microschaal testen in een veilige laboratoriumomgeving wat voorheen alleen in grotere, gevaarlijker experimenten met bommen.

"In ons geval, het is de laser die energie deponeert in een doelwit, maar je krijgt dezelfde vorming en tijdsafhankelijke evolutie van uraniumplasma, ', zei auteur Patrick Skrodzki. 'Met deze kleinschalige explosies in het lab, we kunnen vergelijkbare fysica begrijpen."

In een recent experiment is wetenschappers die met Skrodzki werkten, gebruikten een laser om atomair uranium te ablateren, het stelen van zijn elektronen totdat het geïoniseerd en in plasma veranderde, allemaal terwijl ze chemische reacties registreerden terwijl het plasma afkoelde, geoxideerde en gevormde soorten van meer complex uranium. Hun werk plaatst uraniumsoorten en de reactiepaden daartussen op een kaart van ruimte en tijd om te ontdekken hoeveel nanoseconden ze nodig hebben om te vormen en op welk deel van de evolutie van het plasma.

In hun krant deze week uitgebracht in Fysica van plasma's , de auteurs ontdekten dat uranium complexere moleculen vormt, zoals uraniummonoxide, uraniumdioxide en andere, grotere combinaties, omdat het zich vermengt met verschillende percentages zuurstof.

"We gebruikten optische emissie en keken naar aangeslagen toestanden die vervallen in grondtoestanden, maar dat is maar een klein deel van de foto, ' zei Skrodzki.

Uranium, met zijn 92 elektronen en ongeveer 1, 600 energieniveaus, kan een ingewikkeld spectrum produceren dat moeilijk te ontcijferen is, zelfs met spectroscopie met hoge resolutie. In de krant, de auteurs concentreerden zich op één energietransitie in het plasma. Ze onderzochten nauwkeurig de morfologie van de plasmapluim, botsingsinteracties met verschillende zuurstofconcentraties, en andere factoren, zoals pluimopsluiting en deeltjessnelheden, om een ​​gedetailleerd beeld te krijgen van de evolutie van soorten van atomair uranium tot meer complexe uraniumoxiden.

De resulterende gegevens hebben implicaties voor technologieën die lasers gebruiken om materialen te onderzoeken en hun elementaire samenstelling te detailleren, zoals het laserspectroscopiesysteem op de Mars Curiosity-rover. Het kan ook worden gebruikt voor een draagbaar apparaat om de naleving van nucleaire verdragen te verifiëren door te testen op bewijs van de productie van verrijkt uranium.

"Er is nog zoveel werk te doen aan dit onderwerp, " zei Skrodzki. "Het is een wetenschappelijke vraag, want niemand weet iets van de optische emissie in het zichtbare gebied van die hogere oxiden. We willen proberen gegevens aan te leveren om die lacunes op te vullen."