odotapa, ydinpalopalloja laboratoriossa?

Tiedän mitä ajattelet. "Ydinpalopallot" kuulostaa katastrofielokuvalta, ei tieteelliseltä artikkelilta. Mutta hetkinen – ennen kuin kuvittelet tutkijoita käsittelevän radioaktiivisia aineita vaarallisessa tohtori Frankenstein -setissä, anna selittää mitä oikeasti tapahtuu.

Kalifornialaisen Lawrence Livermore National Laboratoryn tutkijat ovat kehittäneet tavan luoda pienen pieniä ydinpalopalloja hallituissa olosuhteissa. Nämä eivät ole niitä valtavia, kaupunkeja tuhoavia räjähdyksiä, joita näkee 1940-luvun kuvamateriaaleissa. Ajattele niitä enemmänkin erittäin kuumina, huolellisesti hallittuina höyrynäytteinä. Niiden avulla tutkijat voivat tarkkailla, mitä tapahtuu kun radioaktiiviset materiaalit kuumenevat, sekoittuvat ja lopulta jäähtyvät hiukkasiksi.

Se on oikeasti aika siistiä – sanaleikki tarkoituksella.

miksi tällä on väliä? tässä syy, miksi laskeuma kannattaa ymmärtää...

Tässä jotain, mitä useimmat ihmiset eivät tajua: ydinonnettomuudessa tai räjähdyksessä alkuperäinen räjähdys ei aina ole se kohtalokkain osa. Se mikä tulee jälkikäteen – laskeuma – on usein paljon pahempi.

Kun valtava energiapurkaus vapautuu, se höyrystää kaiken lähistöllä olevan. Mutta kun kaikki tuo radioaktiivinen materiaali jäähtyy ja tiivistyy, se muodostaa hiukkasia, jotka tuuli kuljettaa tuhansia kilometrejä ennen kuin ne laskeutuvat takaisin maanpinnalle. Puhumme hiukkasista, jotka sisältävät uraania, cesiumia ja muita ikäviä alkuaineita, jotka voivat saastuttaa vettä, maaperää ja käytännössä mitä tahansa mihin osuvat.

Tšernobylin katastrofi on tästä hyvä esimerkki. Vaikka kaksi työntekijää kuoli traagisesti alkuräjähdyksessä, syntynyt laskeuma saattoi vaikuttaa jopa kuuteen miljoonaan ihmiseen. Radioaktiiviset hiukkaset eivät pysyneet yhdessä paikassa – ne levisivät ympäri Eurooppaa kuin näkymätön, tappava pöly.

ongelma nykyisissä laskeumamalleissa

Tässä kohtaa asiat käyvät turhauttaviksi. Mallit, joita tutkijat käyttävät laskeuman käyttäytymisen ennustamiseen? Ne eivät ole kovin hyviä. Ne kohtelevat radioaktiivisia materiaaleja kuin yksinäisiä saaria – olemassa olevina erillään ympäristöstään ja muista alkuaineista. Mutta todellisuudessa asiat eivät toimi näin.

Kun uraanihöyry sekoittuu cesiumhöyryyn ja ceriumhöyryyn, kaikenlaisia kemiallisia vuorovaikutuksia tapahtuu jäähtymisprosessin aikana. Nämä vuorovaikutukset vaikuttavat siihen, miten hiukkaset muodostuvat, kuinka suuriksi ne kasvavat ja minne ne lopulta laskeutuvat. Jos nämä vuorovaikutukset ohitetaan, ennusteet ovat – no, vähemmän tarkkoja kuin toivottaisiin.

Ja kun puhutaan ydinonnettomuuksista, joissa miljoonien ihmishenget ovat vaakalaudalla, "vähemmän tarkka" ei oikeastaan ole lohduttavaa.

plasma-virtausreaktori: tieteen aikakone

Joten mitä LLNL-tiimi teki? He rakensivat niin sanotun plasma-virtausreaktorin – pohjimmiltaan erikoisputken, joka pystyy kuumentamaan materiaaleja äärimmäisiin lämpötiloihin, muuttamaan ne plasmaksi ja antamaan sen jäähtyä asteittain tutkijoiden tarkkaillessa koko prosessia.

Ajattele sitä kuin hienoteknologiana kuljettimena radioaktiiviselle höyrylle. Tiimi voi lisätä tiettyjä alkuaineseoksia, nostaa lämpötilan ja sitten katsoa kun höyry kulkee putken läpi samalla kun he keräävät näytteitä useista kohdista matkan varrella. Se on kuin aikakone, joka antaa heidän katsoa tiivistymistä hidastettuna, vangiten tarkasti miten hiukkaset muuttuvat ja vuorovaikuttavat lämpötilojen laskiessa.

kolme muskettisoturia: uraani, cesium ja... cerium?

Tutkijat keskittyivät kolmeen alkuaineeseen: uraaniin, cesiumiin ja ceriumiin.

Uraani on pääroolissa – se on se, joka tyypillisesti hajoaa ydinreaktiossa. Cesium-137 on yksi yleisimmistä ja vaarallisimmista sivutuotteista. Molemmat ovat melko ilmeisiä valintoja tällaiseen tutkimukseen.

Mutta cerium saattaa jättää sinut raapimaan päätäsi. Miksi tutkia juuri tätä alkuainetta?

Tässä on se nokkela osuus: cerium ei ole radioaktiivinen, mutta se käyttäytyy kemiallisesti ja fysikaalisesti samoin kuin plutonium. Tutkijat voivat turvallisesti työskennellä sen kanssa tavallisessa laboratoriotilassa samalla kun he oppivat asioita, jotka pätevät myös oikeasti radioaktiivisiin tilanteisiin. Se on kuin käyttäisi sijaisnäyttelijää – sama käyttäytyminen, paljon vähemmän riskiä.

kaksi erilaista jäähtymistarinaa

Tiimi testasi kaksi erilaista skenaariota. Ensimmäisessä lämpötila laski jatkuvasti putken pituudelta – tasaista, asteittaista jäähtymistä. Toisessa lämpötila pysyi korkealla pidempään ennen nopeaa laskua.

Miksi tällä on väliä? Koska jäähtymisreitti vaikuttaa merkittävästi siihen, miten hiukkaset muodostuvat ja mitä kemiallisia yhdisteitä syntyy. Historialliset laskeumatutkimukset viittasivat tämän tärkeyteen, mutta nyt tiimillä on konkreettisia mittauksia todistamaan se.

Ja tässä on mitä he löysivät: uraani ja cerium tiivistyivät melko nopeasti koska ne ovat vähemmän haihtuvia. Mutta cesium? Se pysyi höyrymudossa paljon pidempään, saaden runsaasti aikaa sekoittua muihin materiaaleihin ennen lopullista tiivistymistään.

Tämä ajoitusero on ratkaiseva. Kyse ei ole vain siitä, milloin alkuaine tiivistyy – vaan siitä, mihin se vuorovaikuttaa koko sen ajan höyryfaasissa. Cesiumilla on enemmän tilaisuuksia muodostaa yhdisteitä ja kiinnittyä hiukkasiin, jotka uraani ja cerium ovat jo alkaneet luoda.

miksi tämä oikeasti innostaa minua

Tässä oma näkemykseni siitä, miksi tällä tutkimuksella on merkitystä tiedettä pidemmälle:

Elämme maailmassa, jossa ydinenergia tekee paluuta puhtaampien voimanlähteiden perässä. Elämme myös maailmassa, jossa ydinuhat tuntuvat yhä todellisemmilta. Oli kyse sitten voimalaonnettomuudesta kuten Fukushimassa tai jotain paljon pahempaa, paremmat mallit laskeumakuvioiden ennustamiseen voivat kirjaimellisesti olla eronä sellaisten välillä, joita tuhannet versus miljoonat ihmiset.

Nämä tutkijat eivät yritä luoda suurempia pommeja tai edistää ydinase teknologiaa. He yrittävät ymmärtää seurauksia – jotta kun (ei jos, valitettavasti) seuraava ydinonnettomuus tapahtuu, hätäresponssit ja päättäjät ovat paremmassa asemassa suojellakseen yhteisöjä.

Lead-tutkija Raksa Dhaoui asianajoi hyvin: nämä hiukkaset säilyttävät tiedon siitä, miten ne muodostuivat. Korvaamalla oletukset todellisilla mittauksilla he voivat parantaa malleja, joita käytetään ydinromun tulkitsemiseen ja päätöksenteon tukemiseen silloin kun se eniten merkitsee.

Tämä ei ole tieteiskuvitelmaa. Tämä on tiedettä, joka pelastaa henkiä.

mitä seuraavaksi?

Tämä tutkimus luo perusmittaukset näiden alkuaineiden käyttäytymisen seurantaan, mutta tiimi toivoo laajentavansa tutkimusta sisältämään enemmän todellisissa ydin tilanteissa yleisiä alkuaineita. Lopulta tämä voisi tuoda meitä lähemmäs mahdollisuutta analysoida potentiaalisia laskeumavaikutuksia laboratoriotilassa – antaen käytännössä kristallipallon ydinonnettomuuksille, vaikka tuo kristallipallo onkin toistaiseksi keskeneräinen työ.

Joten kun seuraavan kerran kuulet ydin tutkimuksesta uutisissa ja se kuulostaa pelottavalta tai salaperäiseltä, muista tämä tarina. Joskus "ydinpalopalloja" luovat tutkijat eivät ole tuhoa varten – he yrittävät ymmärtää jotain niin hyvin, että voimme paremmin suojata itseämme siitä.

Ja rehellisesti? Löydän sen melko lohduttavaksi.