شبیهسازی بارش رادیواکتیو در آزمایشگاه، رفتار غیرمنتظره برخی عناصر را آشکار کرد
پژوهشگران آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) در ایالات متحده، برای درک بهتر پیامدهای ناشی از وقوع حوادث هستهای، آزمایشهای کنترلشدهای را در یک لولهی پلاسمای دمابالا اجرا کردند. هدف از پژوهش، شبیهسازی بخشی از گوی آتشین انفجار هستهای و بررسی نحوهی واکنش ذرات تبخیرشده در واکنش شکافت، در زمان سرد شدن بود.
بارش رادیواکتیو یا بارش هستهای، به ذرات و غبار رادیواکتیوی گفته میشود که پس از انفجار هستهای یا حادثه در تأسیسات هستهای وارد جو میشوند و سپس بهتدریج روی زمین، آبها و محیط اطراف فرود میآیند. این ذرات میتوانند برای مدت طولانی محیط را آلوده کنند و برای انسان، جانوران و اکوسیستمها خطرات جدی سلامتی و زیستمحیطی به همراه داشته باشند.
رویدادهای بارش هستهای، چه ناشی از اقدامات عمدی باشند چه حادثهای ناخواسته، پیامدهایی دارند که درک آنها برای برنامهریزی ایمنی و مدیریت بحران اهمیتی حیاتی دارد. تیم پژوهشی لیورمور با همین هدف، سه عنصر اورانیوم (سوخت رایج در تسلیحات و رآکتورهای هستهای)، سزیم (محصول جانبی رادیواکتیو شکافت هستهای) و سریم (جایگزین پلوتونیوم در سلاحهای هستهای) را انتخاب کرد.
تیم پژوهشی برای دستیابی به نتایج دقیق، دو سناریوی متفاوت را مدلسازی کرد: اول، سناریوی سرمایش پیوسته و تدریجی و دوم، حالتی که در آن دما برای مدتی طولانی بسیار بالا باقی مانده و سپس بهسرعت افت میکند.
درک پیامدهای رویدادهای بارش هستهای برای برنامهریزی ایمنی و مدیریت بحران اهمیتی حیاتی دارد
بهگزارش ساینسآلرت، راکیا داوی، شیمیدان در پروژه، میگوید: «تغییر مدت زمان باقی ماندن مواد در دمای بالا، میتواند واکنشهای شیمیایی و نحوهی ادغام عناصری مانند سزیم در ذرات را تغییر دهد. تاریخچهی مطالعات مرتبط با سقوط مواد رادیواکتیو نیز نشان میدهد که مسیر طیشده توسط مواد در حین سرد شدن، از اهمیت بالایی برخوردار است.»
دانشمندان در آزمایش با استفاده از رآکتور جریان پلاسما با طول تقریباً یکمتر، دما را به حدود ۵هزار کلوین (۴۷۲۷ درجهی سانتیگراد) رساندند. در این دما، گوی آتشین و فوقداغ هستهای مثل انفجار هستهای واقعی، تمامی عناصر را تبخیر کرد، اما نکته اصلی پژوهش، بررسی نحوهی چگالش و تبدیل عناصر به ذرات جامد بود. در حالی که الگوهای چگالش اورانیوم و سریم شباهت زیادی به یکدیگر داشتند و هر دو در زمان افت دما به سرعت متراکم شدند، سزیم رفتاری غیرمنتظره از خود نشان داد.
سزیم در هر دو سناریوی سرمایش، بسیار دیرتر از اورانیوم و سریم متراکم شد و در شرایطی که دما برای مدت طولانیتری بالا بود، با عناصر دیگر ترکیب شد و ترکیبات پیچیدهتری پدید آورد.
- اجسام قرارگرفته درمعرض رادیواکتیویته چگونه پاکسازی میشوند؟18 فروردین 02مطالعه '4
- میراث آزمایشهای هستهای جنگ سرد هنوز بر فراز صحرای بزرگ آفریقا میوزد22 بهمن 03مطالعه '3
- ذرات رادیواکتیو اولین انفجار هستهای جهان در سرتاسر آمریکای شمالی پراکنده شد04 مرداد 02مطالعه '4
- میراث عجیب ترینیتی؛ کشف بلورهای غیرممکن در خاکستر نخستین انفجار اتمی تاریخ25 روز قبلمطالعه '5
یافتهها علاوه بر پیشبینی پیامدهای حوادث هستهای، به دانشمندان کمک میکند تا با بررسی ذرات باقیمانده از رویداد هستهای، شرایط محیطی زمان شکلگیری رویداد را بازسازی کنند. از آنجایی که این ذرات در واقع ثبتکنندهی نحوه شکلگیری خود هستند، مطالعهی آنها در سیستمهای کنترلشده، جایگزین مناسبی برای فرضیات پیشین است. این رویکرد آزمایشگاهی در مقابل مدلهای تعادلی مرسوم قرار میگیرد که به دلیل فرض واکنشهای شیمیایی پایدار، بسیاری از جزئیات ناشی از تغییر نرخ سرمایش را نادیده میگیرند.
اگرچه آزمایشها در محیطی ساده و بدون واکنشهای هستهای واقعی انجام شده، مسیر جدیدی را برای درک شیمی سقوط مواد رادیواکتیو گشوده است. پژوهشگران پیشنهاد میکنند که در آینده، آزمایشها با افزودن پیچیدگیهای محیطی، نظیر ترکیب با بتن، آب، خاک و سایر مواد موجود در اطراف یک رآکتور، به واقعیت نزدیکتر شوند.
دستاورد مطالعه نه تنها در حوزهی ایمنی هستهای، بلکه در مطالعهی سایر محیطهای دمابالا نیز کاربرد خواهد داشت و بستری را برای بهبود تصمیمگیری در شرایط بحرانی فراهم میکند.
نتایج پژوهش در نشریهی Analytical Chemistry منتشر شده است.