研究人員利用微型核火球模擬器探討核輻射塵埃的生成過程

洛倫斯利弗莫爾國家實驗室 (LLNL) 的研究人員正試圖理解核輻射降落的過程。他們的研究結果有助於改善核反應堆的安全模型，也能協助應急計劃和清理操作。根據目前的理解，在核爆炸期間，温度會達到極高的水平，通常比太陽表面還要熱。這會導致附近的材料，如土壤、混凝土、炸彈/反應堆元件、有機材料等，瞬間氣化，形成被稱為火球的超高温氣體和等離子體雲。隨後，這個火球擴展、冷卻，開始形成微小顆粒，這些顆粒最終會如雨般降回地球，成為核輻射降落物。

從核法醫的角度來看，這些顆粒就像微小的化學「化石」，可以進行分析。它們保留了有關當時材料存在、達到的温度、保持高温的時間及潛在的核事件類型的線索。這些都是拼圖中重要的部分，可以用來幫助計劃應急反應、清理工作及武器監測。

LLNL 研究揭示核輻射降落的複雜性

為了這個目的，LLNL 建立了一台名為等離子體流反應器的特殊機器，這是一種迷你人工核火球模擬器。在這個設備內，研究團隊可以氣化含有鈾、鉺和銫的混合物，並控制氣體冷卻的過程。這使他們能夠觀察顆粒形成的時機、哪些化學物質相互結合，以及冷卻速度如何影響結果。這一發現顯示，核輻射降落的產生過程遠比先前認為的混亂和「湯狀」得多。特別是銫，長久以來被視為不穩定的變數，經常在氣態中停留更長的時間。

如果冷卻速度較慢，銫則傾向於與其他元素更充分地混合，隨著時間的推移，這會使輻射降落的化學性質變得更為複雜。LLNL 科學家及作者拉基亞·達豪伊 (Rakia Dhaoui) 解釋道：「改變材料在高温下保持的時間可以影響化學反應，以及像銫這樣揮發性元素如何被納入顆粒中。」 達豪伊補充道：「這些顆粒保留了它們形成的記錄。通過在受控系統中研究這些過程，我們可以用測量取代假設，改善用於解釋核殘骸的模型，並在最重要的時刻支持決策。」

他表示：「歷史上的輻射降落研究表明，材料冷卻的過程是重要的。冷卻速度和在高温下的時間可以改變化學物種和顆粒形成。」通過更好地理解核爆炸後的冷卻過程，科學家將能夠確定爆炸的裝置類型、其構造及所用材料。這將有助於更好地計劃和應對未來如切爾諾貝爾災難和福島第一核電站災難等事件。 該研究可在《分析化學》期刊中查看。