Převratný atlas z Cambridge: Vědci odhalili, kde se skrývají vzácné zeminy klíčové pro moderní technologie
InovaceVědci z University of Cambridge vytvořili nový geologický atlas, který zásadně mění způsob, jakým hledáme ložiska vzácných zemin.
Jaderná detonace nebo vážná havárie reaktoru uvolní obrovské množství energie, které během zlomku sekundy zahřeje okolní vzduch a materiály. Vše v blízkosti se vypaří do horkého, zářícího oblaku plynu a plazmy. Jak se tento jaderný ohnivý oblak rozpíná, mísí se se vzduchem, začíná chladnout a kondenzuje do drobných pevných částic, čímž vzniká jaderný spad.
Pochopení toho, jak se spad tvoří, může pomoci při tvorbě bezpečnostních modelů a rekonstrukci událostí během jaderné nehody. V nedávné studii, publikované v časopise Analytical Chemistry, vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) zkoumali, jak se uran, cer a cesium vypařují, reagují a kondenzují za kontrolovaných změn teploty.
Výsledky poukazují na omezení současných modelů jaderného spadu, které často plně nezachycují chemické interakce mezi prvky během tvorby částic. Rakia Dhaoui, vědkyně z LLNL a autorka studie, uvedla, že délka, po kterou materiály zůstávají při vysoké teplotě, může měnit chemické reakce a způsob, jakým jsou těkavé prvky, jako je cesium, začleněny do částic. Tyto částice si uchovávají záznam o svém vzniku. Studiem těchto procesů v kontrolovaném systému lze nahradit předpoklady měřeními, zlepšit modely používané k interpretaci jaderného odpadu a podpořit rozhodování v kritických okamžicích.
Tým použil plazmový průtokový reaktor k simulaci části procesu ohnivé koule: jak se horká pára ochlazuje a kondenzuje na částice. Reaktor umožňuje zavádět specifické směsi materiálů do vysokoteplotního plazmatu, které je vypaří. Odtud se vypařené materiály pohybují dále trubicí s kontrolovanými změnami teploty. Během pohybu reaktorem zažívají prvky jeden ze dvou scénářů, neboli tepelných historií. V jednom případě teplota podél trubice nepřetržitě klesá. V druhém případě materiál zůstává po delší dobu při zvýšené teplotě, než se rychle ochladí. Díky nepřetržitému provozu systému mohou vědci odebírat materiál v různých pozicích a sledovat, jak se částice v průběhu času vyvíjejí.
Autoři studovali uran, cer a cesium, aby zachytili širokou škálu chování. Uran je méně těkavý a kondenzoval brzy, což z něj činí užitečný referenční bod pro srovnání. Cer dobře slouží jako náhrada plutonia a jeho kondenzace úzce následovala kondenzaci uranu. Chemie uranu i ceru se měnila v závislosti na tepelné historii. Cesium však bylo výjimečné. Kondenzovalo mnohem později, a když bylo udržováno při vyšší teplotě po delší dobu, mnohem více se mísilo s ostatními prvky. Tyto výsledky naznačují, že tvorba spadu závisí nejen na tom, kdy se prvky kondenzují, ale také na tom, jak chemicky interagují během ochlazování. Mnoho stávajících modelů primárně zpracovává materiály nezávisle, což pouze částečně zohledňuje tyto chemické reakce.