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Experimentos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore muestran que el tiempo de exposición de materiales a altas temperaturas puede alterar la formación de la precipitación radiactiva, al influir en reacciones químicas entre uranio, cerio y cesio durante el enfriamiento de una bola de fuego nuclear.
Datos de un experimento con plasma indican que la historia de enfriamiento dentro de una bola de fuego nuclear puede cambiar la composición de la precipitación radiactiva, especialmente cuando elementos volátiles, como el cesio, permanecen más tiempo en altas temperaturas.
Bola de fuego nuclear fue recreada en ambiente controlado
Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore investigaron cómo partículas radiactivas se forman después de que materiales son vaporizados, reaccionan químicamente y vuelven a condensarse. El estudio fue publicado en la revista Analytical Chemistry y analizó uranio, cerio y cesio.
La investigación buscó simular parte del ambiente interno de una bola de fuego nuclear, fenómeno asociado a la detonación de un arma nuclear o a un grave accidente en reactor. En esas situaciones, una liberación de energía ocurre en menos de un millonésimo de segundo.
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El calor extremo vaporiza el aire y materiales cercanos, formando una nube brillante de gas y plasma. Conforme esa nube se expande, se mezcla con la atmósfera, pierde temperatura y condensa partículas sólidas, que componen la precipitación radiactiva.
Enfriamiento alteró reacciones y partículas formadas
Para observar el proceso, el equipo usó un reactor de flujo de plasma. Combinaciones específicas de materiales fueron introducidas en plasma de alta temperatura, vaporizadas y conducidas por un tubo donde la caída térmica pudo ser controlada.
Los científicos compararon dos historias térmicas. En una, las temperaturas disminuyeron gradualmente a lo largo del tubo. En la otra, los materiales permanecieron calientes por más tiempo antes de un enfriamiento rápido. Muestras fueron recolectadas en diferentes puntos del sistema.
La científica Rakia Dhaoui, autora del trabajo en el LLNL, afirmó que cambiar el tiempo de exposición de los materiales a altas temperaturas puede modificar reacciones químicas y la incorporación de elementos volátiles a las partículas. Para ella, esas partículas preservan registros del modo en que se formaron.
El cesio tuvo un comportamiento diferente al del uranio y el cerio
La elección de los elementos permitió comparar comportamientos distintos durante la condensación. El uranio, menos volátil, condensó al inicio del proceso y sirvió como referencia. El cerio, usado frecuentemente como sustituto del plutonio, presentó condensación similar a la del uranio.
Aun así, el uranio y el cerio tuvieron alteraciones en su composición química conforme al historial térmico aplicado. El cesio mostró la principal diferencia: condensó mucho más tarde y se mezcló con mayor intensidad al uranio y al cerio cuando estuvo más tiempo a altas temperaturas.
Este resultado indica que la precipitación radiactiva no depende solo del momento en que cada elemento condensa. Las interacciones químicas entre materiales, durante la reducción de temperatura, también pueden influir en las partículas finales.
Los modelos de precipitación radiactiva pueden ser mejorados
El trabajo sugiere que los modelos usados para interpretar escombros nucleares pueden dejar de considerar interacciones químicas relevantes.
Muchos tratan materiales como si se comportaran de forma independiente, lo que representa solo parcialmente algunas reacciones.
Al aislar el efecto de la historia térmica, los investigadores obtuvieron mediciones en un sistema controlado para evaluar y mejorar modelos antes basados en simplificaciones. El equipo pretende estudiar mezclas más realistas de materiales para entender mejor procesos asociados a eventos nucleares reales.
Más información sobre el estudio disponible en este enlace.
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