Uma equipe de pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e da Universidade de Michigan descobriu que a taxa de resfriamento nas reações afeta drasticamente o tipo de moléculas de urânio que se formam.
O trabalho experimental da equipe, realizado ao longo de cerca de um ano e meio a partir de outubro de 2020, tenta ajudar a entender quais compostos de urânio podem se formar no ambiente após um evento nuclear. Foi recentemente detalhado em Relatórios Científicos .

"Uma de nossas descobertas mais importantes foi aprender que a taxa de resfriamento afeta o comportamento do urânio", disse Mark Burton, principal autor do artigo e químico da Divisão de Ciência de Materiais do Laboratório. "O grande quadro aqui é que queremos entender a química do urânio em ambientes energéticos."

Em seus experimentos, os pesquisadores do LLNL e de Michigan descobriram que a taxa de resfriamento – bem como a quantidade de oxigênio – afeta drasticamente a forma como o urânio se combina com o oxigênio.

Os experimentos recentes mostraram que, à medida que o urânio esfria de um plasma a cerca de 10.000 graus Celsius em microssegundos (milionésimos de segundo), a química é drasticamente diferente quando comparada ao resfriamento em milissegundos (milésimos de segundo).

Experimentos anteriores do LLNL em 2020, liderados pelo engenheiro mecânico Batikan Koroglu, forneceram a primeira evidência experimental para os fenômenos de que a quantidade de oxigênio que se combina com o urânio pode afetar a formação de moléculas de urânio. Esses achados foram comprovados nos recentes experimentos do LLNL-Michigan.

O trabalho mais recente, realizado no âmbito de uma iniciativa estratégica de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido a Laboratório (LDRD), busca compreender o efeito do ambiente local sobre a física e a química das explosões nucleares, principalmente para auxiliar os esforços de modelagem computacional.

"As estruturas eletrônicas de actinídeos, como urânio e plutônio, são extremamente complexas e difíceis de modelar computacionalmente", disse Kim Knight, coautor do estudo e líder da iniciativa estratégica LDRD.

"Experimentos como este podem fornecer dados e insights sobre o comportamento generalizado desses actinídeos, algo que auxilia nossa modelagem computacional."

O urânio e o oxigênio podem se combinar para formar centenas de moléculas diferentes, dependendo da concentração de oxigênio e das taxas de resfriamento; cada uma dessas espécies pode ter comportamentos químicos diferentes e distintos.

"Quando o urânio entra em contato com o oxigênio, ele formará moléculas diferentes. A taxa de resfriamento também afeta o tipo de moléculas que se formam. Nós nos preocupamos com quais moléculas específicas são formadas como resultado", explicou Burton.

Para seus experimentos, a equipe usou uma câmara de reação de bancada de 6 polegadas por 6 polegadas que foi desenvolvida por três dos pesquisadores do grupo:Burton, Jonathan Crowhurst e David Weisz.

Eles dispararam um pulso de laser de 50 milijoules para remover parte de um alvo de metal de urânio de um centímetro quadrado, usando espectroscopia infravermelha in situ para diagnóstico.

"O desenvolvimento de um experimento tão pequeno, bem controlado e reprodutível permite que nossos cientistas trabalhem com quantidades extra pequenas de urânio. Essa abordagem de bancada única e inovadora fornece dados de alta qualidade para a ciência que estamos tentando fazer, " disse Crowhurst, que é físico.

Diferentes propriedades do urânio afetaram as interpretações de eventos históricos dos pesquisadores e podem influenciar sua capacidade de entender eventos futuros.

"Esses experimentos melhoram nossa compreensão das reações químicas em fase gasosa entre urânio e oxigênio à medida que os plasmas quentes esfriam, o que pode informar modelos de explosões nucleares para refinar nossas capacidades preditivas de formação e transporte de partículas", disse Knight.

"O destino do urânio no meio ambiente é importante para prever o impacto de eventos como armas nucleares ou acidentes nucleares em diferentes ambientes. Uma das aplicações é auxiliar na interpretação de eventos para perícia nuclear", acrescentou. + Explorar mais

O experimento melhora as previsões de dispersão de urânio