Vědci vytvořili miniaturní jaderné ohnivé koule: Nový výzkum odhaluje, jak vzniká radioaktivní spad a zlepší bezpečnost

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) se snaží lépe porozumět procesům, které probíhají během jaderného spadu.

Vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) se snaží lépe porozumět procesům, které probíhají během jaderného spadu. Jejich zjištění by mohla výrazně zlepšit bezpečnostní modely pro jaderné reaktory a také pomoci při plánování mimořádných událostí a dekontaminačních operacích.

Během jaderné detonace dosahují teploty extrémních hodnot, často vyšších než na povrchu Slunce. To způsobí okamžité vypaření okolních materiálů, jako je půda, beton, součásti bomby nebo reaktoru a organické látky. Tyto materiály se přemění na superhorký oblak plynu a plazmatu, známý jako ohnivá koule. Tato koule se následně rozpíná, chladne a začínají se v ní tvořit drobné částice. Právě tyto částice se pak snášejí zpět na Zemi jako radioaktivní spad. Z pohledu jaderné forenzní analýzy fungují tyto částice jako miniaturní chemické „fosilie“, které lze analyzovat. Uchovávají stopy o přítomných materiálech, dosažených teplotách, době trvání vysokých teplot a potenciálně i o typu jaderné události.

Pro lepší pochopení jaderného spadu vyvinuli vědci z LLNL speciální zařízení nazvané plazmový průtokový reaktor, který funguje jako simulátor miniaturní umělé jaderné ohnivé koule. V něm tým může vypařovat směsi obsahující uran, cer a cesium a následně kontrolovat rychlost chlazení páry. To jim umožňuje pozorovat, kdy se tvoří částice, jaké chemikálie se spojují a jak rychlost chlazení ovlivňuje konečný výsledek.

Tento přístup se liší od starších modelů, které obvykle předpokládaly, že se prvky chovají poněkud nezávisle a v předvídatelné posloupnosti. Tyto modely předpokládaly, že uran, cesium a plutonium kondenzují samy o sobě při stanovených „bodech mrazu“. Práce LLNL však ukazuje, že se prvky během chlazení chemicky ovlivňují. To znamená, že produkce jaderného spadu je mnohem chaotičtější a „polévkovitější“, než se dříve věřilo. Zejména cesium je větší „divoká karta“, než se myslelo, a často zůstává v plynné fázi mnohem déle. Pokud je chlazení pomalejší, cesium se důkladněji mísí s ostatními prvky, což v průběhu času komplikuje chemii spadu. „Změna doby, po kterou materiály zůstávají při vysoké teplotě, může změnit chemické reakce a způsob, jakým jsou těkavé prvky jako cesium začleněny do částic,“ vysvětlil vědec z LLNL a autor studie Rakia Dhaoui.

„Tyto částice uchovávají záznam o tom, jak se tvořily. Studiem těchto procesů v kontrolovaném systému můžeme nahradit předpoklady měřeními, zlepšit modely používané k interpretaci jaderných trosek a podpořit rozhodování v nejdůležitějších okamžicích,“ dodal. Lepším pochopením chlazení po jaderných explozích budou vědci schopni určit typ zařízení, které explodovalo, jak bylo postaveno a jaké materiály byly použity. To zase může být využito k lepšímu plánování a reakci na události, jako byla černobylská katastrofa a jaderná havárie ve Fukušimě Daiichi v budoucnu.