يتم تقديم بروتوكول لإنتاج الزجاج الذائب النووي الاصطناعي ، على غرار الترينيتيت.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
يتم تقديم بروتوكول لإنتاج الزجاج الذائب النووي الاصطناعي ، على غرار الترينيتيت.
هناك حاجة إلى حطام نووي بديل واقعي داخل مجتمع الطب الشرعي النووي لاختبار تقنيات تحليل ما بعد التفجير والتحقق من صحتها. نوجز هنا عملية جديدة لإنتاج الحطام السطحي السائب باستخدام فرن بدرجة حرارة عالية. المواد التي تم تطويرها في هذه الدراسة تشبه فيزيائيا وكيميائيا الترينيتيت (الزجاج الذائب الناتج عن التجربة النووية الأولى). يفترض أن يكون هذا الزجاج الذائب النووي الاصطناعي مشابها للمادة المزججة المنتجة بالقرب من مركز الزلزال (نقطة الصفر) لأي انفجار نووي سطحي في بيئة صحراوية. يمكن تطبيق العملية الموضحة هنا لإنتاج أنواع أخرى من الزجاج الذائب النووي بما في ذلك تلك التي من المحتمل أن تتشكل في بيئة حضرية. يمكن تحقيق ذلك ببساطة عن طريق تعديل مصفوفة السلائف التي يتم تطبيق عملية الإنتاج عليها هذه. تم تحليل الزجاج الذائب المنتج في هذه الدراسة ومقارنته ب trinitite ، مما يكشف عن مورفولوجيا بلورية قابلة للمقارنة ، وبنية فيزيائية ، وجزء فراغ ، وتركيب كيميائي.
سلطت المخاوف بشأن الاستخدام الخبيث المحتمل للأسلحة النووية من قبل الإرهابيين أو الدول المارقة الضوء على أهمية تحليل الطب الشرعي النووي لغرض الإسناد. 1 من المستحسن استخدام تقنيات التحليل السريع بعد التفجير لتقصير الجدول الزمني للإحالة قدر الإمكان. ويتطلب تطوير هذه التقنيات والتحقق من صحتها عينات واقعية من الحطام النووي لاختبارها. لم تعد التجارب النووية تحدث في الولايات المتحدة ولم يكن الحطام السطحي النووي من عصر الاختبار متاحا بسهولة (باستثناء الترينيتيت - الزجاج الذائب الناتج عن أول تجربة نووية في موقع الثالوث) وبالتالي هناك حاجة إلى حطام بديل واقعي.
الهدف الأساسي للطريقة الموضحة هنا هو إنتاج حطام نووي بديل واقعي مشابه للترينيتيت. يمكن استخدام عينات الزجاج الذائب النووي الاصطناعية المتاحة بسهولة للمجتمع الأكاديمي لاختبار تقنيات التحليل الحالية وتطوير طرق جديدة مثل الكروماتوغرافيا الحرارية لتحليل ما بعد التفجير السريع. 2 مع وضع هذا الهدف في الاعتبار ، تركز الدراسة الحالية على إنتاج عينات تحاكي الترينيتيت ولكنها لا تحتوي على أي معلومات حساسة عن تصميم الأسلحة. مكونات الوقود والعبث داخل هذه العينات عامة تماما وتستند المقارنة مع الترينيتيت إلى الكيمياء والتشكل والخصائص الفيزيائية. تمت مناقشة أوجه التشابه بين الترينيتيت والزجاج الذائب النووي الاصطناعي المنتج في هذه الدراسة سابقا. 3
الغرض من هذه المقالة هو تحديد تفاصيل عملية الإنتاج المستخدمة في جامعة تينيسي (UT). تم تطوير عملية الإنتاج هذه مع وضع معلمتين رئيسيتين في الاعتبار: 1) تكوين المواد المدمجة في الزجاج الذائب النووي ، و 2) درجة حرارة انصهار المادة. توجد طرق لتقدير درجة حرارة انصهار شبكات تشكيل الزجاج4 وقد تم استخدام هذه التقنيات هنا ، جنبا إلى جنب مع التجارب الإضافية لتحديد درجة حرارة المعالجة المثلى لمصفوفة الترينيتيت. 5
تم نشر طرق بديلة لإنتاج الحطام البديل مؤخرا. يتميز استخدام الليزر عالي الطاقة بميزة خلق درجات حرارة عالية بما يكفي لإحداث تجزئة عنصرية داخل المصفوفة المستهدفة. 6 تم استخدام ركائز كروماتوغرافية مسامية لإنتاج جزيئات صغيرة مشابهة لجزيئات التساقط باستخدام طرق الطور المكثف7. الطريقة الأخيرة مفيدة للغاية لإنتاج الحطام الجسيمي (التداعيات النووية) وقد تم إثباتها مع المعادن الطبيعية. مزايا الطريقة المعروضة هنا هي 1) البساطة ، 2) قابلية التكاثر ، و 3) قابلية التوسع (يمكن أن تتراوح أحجام العينات من الخرز الصغير إلى قطع كبيرة من الزجاج الذائب). أيضا ، هذه الطريقة قابلة للتوسيع من حيث إنتاج الإنتاج ومجموعة متنوعة من سيناريوهات الانفجار التي تمت تغطيتها ، وقد تم إثباتها بالفعل باستخدام المواد المشعة. تم تنشيط عينة بنجاح في مفاعل نظائر التدفق العالي (HFIR) في مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL). تمت إضافة مركبات اليورانيوم الطبيعية إلى المصفوفة قبل الذوبان وتم إنتاج منتجات الانشطار في الموقع عن طريق الإشعاع النيوتروني.
تمت استشارة الأساليب في صناعة الزجاج وتلك المستخدمة لغرض تثبيت النفايات المشعة8 في تطوير الطريقة المعروضة هنا. التأثيرات الفريدة للإشعاع في النظارات ذات أهميةمتأصلة 9 وستشكل مجالا مهما للدراسة مع تطوير هذه الطريقة بشكل أكبر.
الطريقة الموضحة أدناه مناسبة لأي تطبيق حيث تكون عينة الزجاج المصهور السائبة مطلوبة. تشبه هذه العينات إلى حد كبير المواد الموجودة بالقرب من مركز الانفجار النووي. يمكن إنتاج عينات بأحجام مختلفة ، ومع ذلك ، فإن الطرق التي تستخدم مشاعل البلازما أو الليزر ستكون أكثر فائدة لمحاكاة حطام الجسيمات الدقيقة. أيضا ، لا تصل HTFs التجارية إلى درجات حرارة عالية بما يكفي لإحداث تجزئة عنصرية لمجموعة واسعة من العناصر. يجب استخدام هذه الطريقة عندما تكون الخصائص الفيزيائية والمورفولوجية ذات أهمية قصوى.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تحذير: إن العملية المذكورة هنا تشمل استخدام المواد المشعة (مثل اليورانيوم نترات هيكساهيدرات) والعديد من المواد المسببة للتآكل. يجب استخدام الملابس الواقية المناسبة والمعدات (بما في ذلك معطف المختبر، والقفازات، وحماية العين، وغطاء الدخان) أثناء إعداد العينات. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي رصد المناطق المختبرات المستخدمة لهذا العمل بانتظام عن التلوث الإشعاعي.
ملاحظة: يتم سرد المركبات الكيميائية اللازمة في الجدول 1 تم تطوير هذه الصيغة من خلال فحص سابقا أفادت البيانات التركيبية للtrinitite 10 الكسور الجماعية التي أبلغ عنها هنا تم تحديدها عن طريق حساب متوسط الكسور كتلة لعدة عينات trinitite مختلفة 10 "المفقودين" الكتلة. (الكسور لعدم تلخيص للوحدة) موجود للسماح لبعض المرونة عند إضافة الوقود، عبث، ومكونات أخرى. لدينا تحليل مستقل من عدة عينات trinitite تشير إلى أن الكوارتز هي المرحلة الوحيدة المعدنيةالباقين على قيد الحياة في trinitite. 5 لذلك، الكوارتز المعدنية الوحيدة المدرجة في موقعنا Trinitite صياغة المعيار (STF). على الرغم من أن الحبوب مخلفات المعادن الأخرى قد ذكرت في trinitite، 11 هذه تميل إلى أن يكون الاستثناء وليس القاعدة. بشكل عام، الكوارتز المعدنية فقط وجدت في الزجاج تذوب. 10،12 أيضا، رمل الكوارتز هو عنصر مشترك من الأسفلت والخرسانة والتي سوف تكون مهمة في تشكيل الحضري ذوبان الزجاج النووي.
-4| وبلغ متوسط البيانات Trinitite | مستوى Trinitite صياغة (STF) | ||
| مركب | جزء الشامل | مركب | جزء الشامل |
| شافي 2 | 6.42x10 -1 | شافي 2 | 6.42x10 -1 |
| آل 2 O 3 | 1.43x10 -1 | آل 2 O 3 | 1.43x10 -1 |
| تساو | 9.64x10 -2 | تساو | 9.64x10 -2 |
| فيو | 1.97x10 -2 | 1.97x10 -2 | |
| أهداب الشوق | 1.15x10 -2 | أهداب الشوق | 1.15x10 -2 |
| نا 2 O | 1.25x10 -2 | نا 2 O | 1.25x10 -2 |
| K 2 O | 5.13x10 -2 | KOH | 6.12x10 -2 |
| MNO | 5.05x10 -4 | MNO | |
| تيو 2 | 4.27x10 -3 | تيو 2 | 4.27x10 -3 |
| الإجمالي الكلي | 9.81x10 -1 | الإجمالي الكلي | 9.91x10 -1 |
الجدول 1 قائمة من المركبات الكيميائية.
1. إعداد STF
ملاحظة: المعدات المطلوبة تتضمن توازن دقيق، ملاعق معدنية، وهاون ومدقة السيراميك، وغطاء الدخان الكيميائي، والقفازات المطاطية، معطف المختبر، وحماية العين.
2. إنتاج 1 غرام تذوب الزجاج عينة
ملاحظة: المعدات المطلوبة يتضمن HTF في تصنيف 1600 درجة مئوية أو أعلى، عالية النقاء بوتقة الجرافيت، الفولاذ المقاوم للصدأ طويلة ملقط بوتقة، قفازات مقاومة للحرارة، وحماية العين. يجب ارتداء قفازات مقاومة للحرارة وحماية العين عند إدخال أو إزالة عينات من الفرن. نظارات السلامة ملون (أو نظارات الشمس) مفيدة لأنها تقلل من وهج الفرن.
تنشيط 3. عينة
ملاحظة: تم اشتقاق المعادلات التي تتبع افتراض استخدام الأسلحة الصف (التخصيب) معدن اليورانيوم. فإن كميات من مقر الأمم المتحدة أو أكسيد اليورانيوم تحتاج إلى زيادتها وفقا لجزء من كتلة اليورانيوم الأولي ومستوى 235 U تخصيب اليورانيوم.




ملاحظة: يجب توخي الحذر الشديد عند التعامل مع البلوتونيوم وتحليلات إضافية ستكون مطلوبة. حتى كتابة هذه السطور، وقد استخدمت اليورانيوم فقط في الاصطناعية عينات الزجاج المصهور المنتجة في UT والمشع في HFIR.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وقد تم مقارنة العينات غير المشعة المنتجة في هذه الدراسة إلى trinitite وأرقام 1-3 تبين أن الخصائص الفيزيائية والتشكل هي في الواقع مشابهة الشكل (1) توفر الصور التي تكشف عن أوجه التشابه في اللون والملمس الذي لوحظ على مستوى العيانية. ويبين الشكل 2 مجهر المسح الإلكتروني (SEM) الثانوية الكترون (SE) الصور التي تكشف عن ميزات مشابهة على مستوى ميكرون. تم إجراء تحليل SEM باستخدام برنامج SEM وSEM. ويلاحظ فراغات عديدة في كل من...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
مذكرة بشأن الخطوات 1.2.2 و1.2.3: إن المبلغ المحدد من مقر الأمم المتحدة تختلف تبعا لسيناريو يجري محاكاة. الصيغ التخطيط وضعتها Giminaro وآخرون يمكن استخدامها لاختيار كتلة مناسبة لليورانيوم في عينة معينة 13 كما نوقش في قسم "تفعيل نموذج" من هذه الورقة. أيضا، أكسيد اليورانيوم (UO 2 أو U 3 O 8) يمكن أن تستخدم بدلا من مقر الأمم المتحدة، إن وجدت، وجزء من كتلة 235 U في مجمع (سواء UNH أو أكسيد اليورانيوم) يجب النظر في...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم تنفيذ هذا العمل بموجب المنحة رقم DE-NA0001983 من برنامج التحالفات الأكاديمية لعلوم الإشراف (SSAA) التابع للإدارة الوطنية للأمن النووي (NNSA).
تم نشر أجزاء من هذه الدراسة سابقا في مجلة التحليل الإشعاعي والكيمياء النووية. 3،13 براءة اختراع معلقة لهذه الطريقة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| فرن درجة حرارة عالية (HTF) | كربوليت | HTF 18 | 1,800 &# 176 ؛ C HTF تستخدم لإذابة العينات |
| فرن إسقاط درجة الحرارة العالية | CM Inc. | 1706 BL | 1,700 ° فرن إسقاط C يستخدم لإذابة العينات |
| بوتقات الجرافيت | SCP Science | 040-060-041 | 27 مل بوتقات الجرافيت عالية النقاء (10 عبوات) |
| ملقط بوتقة | Grainger | 5ZPV0 | 26 بوصة ، ملقط من الفولاذ المقاوم للصدأ للتعامل مع البوتقات |
| قفازات مقاومة للحرارة | Grainger | 8814-09 | قفازات تستخدم لحماية اليدين من الحرارة أثناء إدخال / إزالة العينة |
| الملاط و Pestle | Fisherbrand | S337631 | 300 مل ، ملاط ومدقة سيراميك للمسحوق والخلط |
| Balance | Grainger | 8NJG2 | 220 g Cap ، مقياس عالي الدقة لقياس كتلة المسحوق |
| ملاعق | Fisherbrand | 14374 | معدنية لقياس كميات صغيرة من المسحوق |
| SiO2< / sub> | Sigma-Aldrich | 274739-5KG | رمل الكوارتز ؛ رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 14808-60-7 |
| Al2O3 | Sigma-Aldrich | 11028-1KG | مسحوق أكسيد الألومنيوم رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 1344-28-1 |
| CaO | Sigma-Aldrich | 12047-2.5KG | مسحوق أكسيد الكالسيوم ؛ رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 1305-78-8 |
| FeO | Sigma-Aldrich | 400866-25G | مسحوق أكسيد الحديد ؛ رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 1345-25-1 |
| MgO | Sigma-Aldrich | 342793-250G | مسحوق أكسيد المغنيسيوم رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 1309-48-4 |
| Na2O | Sigma-Aldrich | 36712-25G | أكسيد الصوديوم رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 1313-59-3 |
| KOH | Sigma-Aldrich | 278904-250G | كريات هيدروكسيد البوتاسيوم رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 12030-88-5 |
| MnO | Sigma-Aldrich | 377201-500G | مسحوق أكسيد المنغنيز ؛ رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 1344-43-0 |
| TiO2 | Sigma-Aldrich | 791326-5G | حبات أكسيد التيتانيوم رقم سجل المستخلصات الكيميائية: 12188-41-9 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.