عاجل | قام العلماء بمحاكاة التداعيات النووية في المختبر وحصلوا على مفاجأة: ScienceAlert

أحداث التداعيات النووية، سواء أثارتها عمدا أو عن غير قصد، هو شيء نأمل ألا يحدث أبدًا.

ولكن إذا حدث ذلك، فإن فهم العواقب يشكل جزءًا حاسمًا من تخطيط السلامة وإدارة الكوارث.

ومع أخذ ذلك في الاعتبار، أجرى باحثون من مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) في الولايات المتحدة تجارب مضبوطة في بيئة ذات درجة حرارة عالية. أنبوب البلازما، محاكاة جزء من كرة نارية نووية لمعرفة كيفية تبخر الجسيمات في الانشطار رد الفعل سوف يتفاعل عند التبريد.

العناصر الثلاثة الأولية التي استخدمها الباحثون هي اليورانيوم (الوقود في العديد من الأسلحة والمفاعلات)، والسيزيوم (منتج ثانوي مشع من الانشطار النووي) والسيريوم (يستخدم كبديل للبلوتونيوم الذي يستخدم في الأسلحة النووية).

والأهم من ذلك، أن الفريق قام بوضع نموذجين لسيناريوهين مختلفين (التاريخ الحراري) لجمع نتائجهم: سيناريو تبريد ثابت ومستمر، وسيناريو يتم فيه إبقاء درجات الحرارة مرتفعة للغاية قبل الانخفاض السريع.

"إن تغيير مدة بقاء المواد في درجة حرارة عالية يمكن أن يغير التفاعلات الكيميائية وكيفية دمج العناصر المتطايرة مثل السيزيوم في الجزيئات." يقول الكيميائية رقية الضاوي.

"تشير دراسات التداعيات التاريخية إلى أن المسار الذي تتخذه المواد أثناء تبريدها أمر مهم."

باستخدام مفاعل تدفق البلازما، الذي يبلغ طوله حوالي متر (39.4 بوصة)، قام الفريق بتسخين عناصره إلى درجات حرارة تبلغ حوالي 5000 كلفن (أي 4727 درجة مئوية أو 8540 درجة فهرنهايت).

أدت الكرة النارية شديدة السخونة إلى تبخير كل شيء، كما سيحدث في انفجار نوويولكن هذه هي الطريقة التي تتكثف بها العناصر الأصلية الثلاثة وتصبح جزيئات هي ما كان الباحثون مهتمين به أكثر.

بالنسبة لليورانيوم والسيريوم، كانت الأنماط متشابهة إلى حد ما.

وقد تكثف كلاهما في وقت مبكر نسبيًا بمجرد أن بدأت درجة الحرارة في الانخفاض، في كل من سيناريوهات التبريد المستمر والتبريد المتأخر، على الرغم من وجود بعض الاختلافات في المركبات الإضافية التي تحملتها العناصر.

وكان السيزيوم أكبر مفاجأة للباحثين، إذ قام بشيء غير متوقع.

لقد تكثف في وقت لاحق بكثير من اليورانيوم والسيريوم كلا سيناريوهات التبريدوفي السيناريو الذي بقيت فيه درجة الحرارة أعلى لفترة أطول، اختلطت أكثر مع عناصر أخرى وشكلت مركبات أكثر تعقيدًا.

إلى جانب فهم التداعيات النووية مسبقًا، يمكن لهذه النتائج أن تساعد العلماء على العمل بشكل عكسي أيضًا - النظر في نتائج حدث نووي ومعرفة الظروف التي خلقت الجسيمات المكثفة.

"تحتفظ هذه الجسيمات بسجل لكيفية تشكلها" يقول الضاوي.

"من خلال دراسة هذه العمليات في نظام متحكم فيه، يمكننا استبدال الافتراضات بالقياسات، وتحسين النماذج المستخدمة لتفسير الحطام النووي، ودعم عملية صنع القرار عندما يكون الأمر أكثر أهمية."

يتناقض التنوع في التجارب التي تم إجراؤها هنا إلى الأساليب التقليدية نمذجة السحب المشعة، والمعروفة بنماذج التوازن.

تفترض هذه الأساليب تفاعلات كيميائية أكثر استقرارًا واتساقًا، وقد تغفل الفروق الدقيقة الناتجة عن التغيرات في سرعات التبريد، كما هو موضح هنا مع السيزيوم.

من المسلم به أن هذا لا يزال نظامًا مبسطًا يتم التحكم فيه في المختبر لا توجد تفاعلات نووية حدث بالفعل داخل أنبوب البلازما.

ومع ذلك، يقترح الباحثون أن نتائجهم الجديدة يمكن تقييمها جنبًا إلى جنب مع نتائج النماذج الأخرى للحصول على صورة أوضح لكيمياء التداعيات النووية.

هناك آثار تتجاوز الحوادث النووية أيضًا. الاكتشافات التي تم التوصل إليها هنا يمكن أن تنطبق على بيئات أخرى ذات درجات حرارة عالية، بينما يمكن توسيع إعداد النظام ليشمل أنواعًا أخرى من العناصر والمركبات.

متعلق ب: أول مقبرة للنفايات النووية في العالم جاهزة للافتتاح تقريبًا

وفي المستقبل، يمكن جعل هذا النوع من التجارب أكثر تعقيدا ونمذجته بطرق تجعله أقرب إلى سيناريوهات العالم الحقيقي ــ حيث يكون المفاعل النووي، على سبيل المثال، محاطا بالخرسانة، والمياه، والزجاج، والتربة، وكل شيء آخر.

"على الرغم من أن المفاعل لا يستطيع إنتاج التعقيد الكيميائي الكامل لكرة نارية نووية، إلا أنه يوفر منصة يمكن التحكم فيها لعزل الآليات التي تؤخر أو تقدم التفاعل بين المكونات المتطايرة والحرارية". يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.

"تعزز هذه القدرة الجهود المبذولة لتفسير توقيعات التجزئة في أنظمة الحطام المبسطة."

وقد تم نشر البحث في الكيمياء التحليلية.