Name: Herstellung von synthetischen Kernschmelzglas (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-04T13:00:01.000+00:00
Duration: 4 min 36 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung von synthetischem Kernschmelzglas als Standardreferenzmaterial für die nukleare Forensik. Diese Methode ermöglicht die Analyse von nuklearem Schmelzglas und verbessert massenspektrometrische Techniken.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Teile dieser Studie wurden zuvor im Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry veröffentlicht. 3,13 Für dieses Verfahren ist ein Patent angemeldet.

Achtung: Die hier skizzierten Prozess beinhaltet die Verwendung von radioaktivem Material (zB Uran-Hexahydrat) und mehrere ätzende Stoffe. Geeignete Schutzkleidung und Ausrüstung verwendet werden soll (einschließlich eines Laborkittel, Handschuhe, Schutzbrille und einer Abzugshaube) während der Probenvorbereitung. Darüber hinaus sollten Laborbereiche für diese Arbeit verwendet regelmäßig auf radioaktive Kontamination überwacht werden. Anmerkung:. Die chemischen Verbindungen notwendig sind in Tabelle 1 aufgelistet Diese Formulierung wurde von zuvor Prüfung kompositorischen Daten für Trinitit durch Mittelung der Massenanteile für mehrere unterschiedliche Trinitit Proben entwickelt berichteten 10 Die hier ausgewiesenen bestimmt Massenanteile 10 Das &quot;fehlende&quot; Masse.. (die Fraktionen nicht zur Einheit zusammenfassen) vorhanden ist, um eine gewisse Flexibilität beim Hinzufügen von Kraftstoff, Sabotage, und andere Bestandteile zu ermöglichen. Unsere unabhängige Analyse von mehreren Proben Trinitit legt nahe, dass Quarz ist der einzige MineralphaseÜberleben in Trinitit. 5 ist daher der einzige Quarz Mineral in unserer Standard Trinitit Formulierung (STF) enthalten. Obwohl Relikt Körner anderer Mineralien in Trinitit gemeldet, 11 davon sind eher die Ausnahme und nicht die Regel sein. Im Allgemeinen ist die einzige Quarz Mineral im Schmelzglas gefunden. 10,12 Auch ist Quarzsand ein üblicher Bestandteil von Asphalt und Beton, der in der Bildung von städtischen Kernschmelzglas wichtig sein werden. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr height="41"><td colspan="2" height="41" style="height:42px;width:317px;"> Gemittelt Trinitit Daten </td><td colspan="2" style="width:317px;"> Standard Trinitit Formulierung (STF) </td></tr><tr height="22"><td height="22" style="height:22px;width:159px;"> Verbindung </td><td style="width:159px;"> Massenanteil </td><td style="width:159px;"> Verbindung </td><html><td style="width:159px;"> Massenanteil </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> SiO 2 </td><td style="width:159px;"> 6.42x10 -1 </td><td style="width:159px;"> SiO 2 </td><td style="width:159px;"> 6.42x10 -1 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> Al 2 O 3 </td><td style="width:159px;"> 1.43x10 -1 </td><td style="width:159px;"> Al 2 O 3 </td><td style="width:159px;"> 1.43x10 -1 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> CaO </td><td style="width:159px;"> 9.64x10 -2 </td><td style="width:159px;"> CaO </td><td style="width:159px;"> 9.64x10 -2 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> FeO </td><td style="width:159px;"> 1.97x10 -2 </td><html> &quot;&gt; FeO </td><td style="width:159px;"> 1.97x10 -2 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> MgO </td><td style="width:159px;"> 1.15x10 -2 </td><td style="width:159px;"> MgO </td><td style="width:159px;"> 1.15x10 -2 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> Na 2 O </td><td style="width:159px;"> 1.25x10 -2 </td><td style="width:159px;"> Na 2 O </td><td style="width:159px;"> 1.25x10 -2 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> K 2 O </td><td style="width:159px;"> 5.13x10 -2 </td><td style="width:159px;"> KOH </td><td style="width:159px;"> 6.12x10 -2 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> MnO </td><td style="width:159px;"> 5.05x10 -4 </td><td style="width:159px;"> MnO </td>9px; &quot;&gt; 5.05x10 -4 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> TiO 2 </td><td style="width:159px;"> 4.27x10 -3 </td><td style="width:159px;"> TiO 2 </td><td style="width:159px;"> 4.27x10 -3 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> Gesamt </td><td style="width:159px;"> 9.81x10 -1 </td><td style="width:159px;"> Gesamt </td><td style="width:159px;"> 9.91x10 -1 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Liste der chemischen Verbindungen. 1. Herstellung des STF Hinweis: Benötigte Ausrüstung umfasst eine Mikrowaage, Metallspachtel, einer keramischen Mörser und Stößel, einer chemischen Abzugshaube, Latexhandschuhe, Laborkittel und Schutzbrille. <ol><li> Mischen von nicht-radioaktiven Komponenten <ol><li> Erfassen mindestens 65 g Quarzsand (SiO 2), 15 g Al 2 O 3 &lt;/ sub&gt; Pulver, 10 g CaO-Pulver, 2 g FeO-Pulver, 2 g MgO-Pulver, 2 g Na 2 O-Pulver, 7 g KOH-Pellets wurden 1 g MnO-Pulver und 1 g TiO 2 -Pulver ( in Tabelle 1 aufgeführten Verbindungen). </li><li> Verwenden Sie einen Mikrowaage und kleine Spachtel, um genau die Massenanteile der einzelnen Verbindungen zu messen, wie in Tabelle 1 aufgeführt. Die besten Ergebnisse vorzubereiten 100 g des nicht-radioaktiven Vorstufen-Matrix auf einmal. </li><li> Verwenden Sie einen Mörser und Stößel zu pulverisieren (auf ~ 10-20 um Größe Granulat) und gründlich mischen, die Verbindungen und bilden eine homogene Pulvermischung, die 64,2 g SiO 2, 14,2 g Al 2 O 3, 9,64 g CaO, 1,97 g FeO, 1,15 g MgO, 1,25 g Na 2 O. 6,12 g KOH, 0,0505 g MnO, und 0,427 g TiO2. </li><li> Rühren der Mischung unter Verwendung einer Kugelmischer, kurz bevor der nächste Schritt gemacht wird. </li></ol></li><li> Mischen der STF mit Urannitrat-Hexahydrat (UNH) <ol><li> Acquire mindestens 1 g UNH. </li><li> Innerhalb einer Abzugshaube, pulverisieren einige UNH Kristalle (mit einem Mörser und Stößel) zu einem feinen Pulver von 1-2 um Körnchen zu bilden. </li><li> Hinzuzufügen 33,75 ug UNH pro Gramm des nicht-radioaktiven Vorstufen-Matrix (dieses Verhältnis zur Simulation eines einfachen Waffe mit einer Ausbeute von 1 Kilotonnen angebracht). 13 </li><li> Gründliche Durchmischung der Pulvermischung, einschließlich der UNH, mit einem Mörser und Stößel. Vervollständigen endgültige Mischen kurz vor dem Schmelzschritt. </li></ol></li></ol> 2. Herstellung von 1-Gramm-Melt Glasproben Hinweis: Benötigte Ausrüstung umfasst eine HTF bewertet bei 1600 ° C oder höher, hochreine Graphittiegel, langen Edelstahltiegelzange, hitzebeständige Handschuhe und eine Schutzbrille. Hitzebeständige Handschuhe und Augenschutz sollte bei der Einführung oder Entnahme von Proben aus dem Ofen getragen werden. Getönte Schutzbrille (oder Sonnenbrille) sind nützlich, da sie die Blendung aus dem Ofen zu reduzieren. <ol><li> Herstellung eines nicht-radioaktiven Probe <ol><li> Füllen einer dicken Keramikschale (wie ein Mörtel) mit ~ 100 g reinem Quarzsand und aufrechtzuerhalten bei RT in der Nähe von dem Ort des Ofens, wo die Proben geschmolzen werden. </li><li> Heizen Sie den HTF zu 1.500 ° C. </li><li> Sorgfältig zu messen 1,00 g des nicht-radioaktiven Pulvermischung und legen Sie das Pulver in einem hochreinen Graphittiegel. </li><li> Legen Sie das Tiegel im beheizten HTF (mit einem langen Paar Stahltiegelzange) und Schmelze der Mischung für 30 min. </li><li> Entfernen Sie die Probe (wieder mit Hilfe der Zange) und gießen Sie die geschmolzene Probe in den Mörtel mit Sand gefüllt. </li><li> Lassen Sie die Glasperle für 1-2 Minuten vor dem Umgang mit kühlen. </li><li> Polieren Sie die Wulst zu Rest Sand zu entfernen (falls erforderlich). </li></ol></li><li> Herstellung eines radioaktiven Probe <ol><li> Wiederholen Sie die Schritte 2.1.1 und 2.1.2. </li><li> Sorgfältig zu messen 1,00 Gramm der radioaktiven Pulvermischung (einschließlich UNH) und legen Sie die powd<html> er in einer hochreinen Graphittiegel mit einem separaten Spachtel und Mikrowaage, um Kreuzkontamination zu vermeiden. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 2.1.4 - 2.1.6 oben. </li><li> Überwachen Sie die Gegend rund um den Ofen (mit einem Handstrahlungsdetektor und / oder Swipe-Assays), die für radioaktive Kontamination zu überprüfen. </li></ol></li></ol> 3. Proben Aktivierung Hinweis: Die folgenden Gleichungen abgeleitet wurden unter der Annahme der Verwendung von Waffen Grad (angereichert) Uranmetall. Die Mengen der UNH oder Uranoxid müssen nach dem Massenanteil an elementarem Uran und der Ebene 235 U Anreicherung skaliert. <ol><li> Aktivierung eines Schmelzglasprobe mit Uranium Fue <ol><li> Berechnen Sie den Massenanteil von Uranmetall für die Probe mit der folgenden Gleichung 13 (wobei m U steht für die Uran-Massenanteil und Y für die Waffe Ausbeute) benötigt: 473 / 53473eq1.jpg &quot;/&gt; </li><li> Optional: Berechnen Sie den Massenanteil von Sabotage (zB natürliches Uran, Blei, Wolfram) unter Verwendung der folgenden Gleichung: 13 <img alt="Gleichung 2" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq2.jpg" /></li><li> Berechnung der Sollzahl der Spaltungen in der Probe unter Verwendung der folgenden Gleichung 13 wobei M s die Masse der Probe in Gramm und N f die Zahl der Spaltungen in der Probe während der Bestrahlung erzeugt wird: <img alt="Gleichung 3" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq3.jpg" /></li><li> Berechnen Sie die notwendige Belichtungszeit mit Hilfe der folgenden Gleichung 13 wobei m 235 repräsentiert die 235 U-Massenanteil (Anreicherung) und T irr ist die Bestrahlungszeit in Sekunden: <img alt="Gleichung 4" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq4.jpg" /></li><li> Bestrahlen die Probe fürt irr Sekunden bei einem thermischen Neutronenfluss von 4,0 x 10 14 n / cm 2 / sec. Zum Beispiel wird eine 60 sec Bestrahlung in Rohrpost 1 (PT-1) HFIR (mit einer thermischen zur Resonanzüberhöhung 35) etwa 1,1 x 10 11 Spaltungen in einer Probe, die 870 ug UNH (äquivalent zu 410 &amp; mgr; g zu erzeugen natürliches Uran oder 3,0 &amp; mgr; g von 235 U). Dies hat für eine 0.433 g Glasperlen entworfen, um eine Schmelzglasprobe von einer Waffe mit einem 0,1 Kilotonnen Ausbeute hergestellt simulieren, erreicht worden. Diese Probe wurde gründlich von Cook et al 14 analysiert. </li><li> Folgen Sie geltenden Sicherheitsprotokolle für die Handhabung der radioaktiven Probe nach der Bestrahlung. </li></ol></li><li> Aktivierung eines Schmelzglasprobe mit Plutonium Fuel (Planungsfaktoren) <ol><li> Berechnen Sie den Massenanteil von Plutoniummetall für die Probe mit der folgenden Gleichung 13 wobei M Pu Vertre erforderlichts Plutonium Massenanteil und Y für die Waffe Ausbeute: <img alt="Gleichung 5" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq5.jpg" /></li><li> Wiederholen Sie die Schritte 3.1.2 und 3.1.3 oben. </li><li> Bestimmung der Bestrahlungszeit nötig, um die gewünschte Zahl der Spaltungen in der Schmelzglasprobe erhalten. Diese Zeit hängt von der Zusammensetzung und der Gehalt des Plutoniums sowie Neutronenenergiespektrum abhängen. </li></ol></li></ol> Hinweis: Große Sorgfalt sollte beim Umgang mit Plutonium und zusätzliche Analyse erforderlich sein wird genommen werden. Während ich dies schreibe, hat nur Uran, in dem bei UT hergestellt und HFIR bestrahlt synthetischen Schmelzglasproben verwendet.

<ol><li>Carnesdale, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCarnesdale%2C+A+%22Nuclear+Forensics%3A+A+Capability+at+Risk+%28Abbreviated+Version%29%22">Nuclear Forensics: A Capability at Risk (Abbreviated Version)</a>. , Committee on Nuclear Forensics, National Research Council of the National Academies. Washington, D.C. (2010).</li>
<li>Garrison, J. R., Hanson, D. E., Hall, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monte+Carlo+analysis+of+thermochromatography+as+a+fast+separation+method+for+nuclear+forensics%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">Monte Carlo analysis of thermochromatography as a fast separation method for nuclear forensics.</a> J Radioanal Nucl Chem. 291 (3), 885-894 (2011).</li>
<li>Molgaard, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+synthetic+nuclear+melt+glass+for+forensic+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">Development of synthetic nuclear melt glass for forensic analysis.</a> J Radioanal Nucl Chem. 304 (3), 1293-1301 (2015).</li>
<li>Fluegel, A. Modeling of Glass Liquidus Temperatures using Disconnected Peak Functions. ACerS 2007 Glas Opt Mater Div Meet, , (2007).</li>
<li>Oldham, C. J., Molgaard, J. J., Auxier, J. D., Hall, H. L. Comparison of Nuclear Debris Surrogates Using Powder X-Ray Diffraction. Southeastern Undergraduate Research Conference, , (2014).</li>
<li>Liezers, M., Fahey, A. J., Carman, A. J., Eiden, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+formation+of+trinitite-like+surrogate+nuclear+explosion+debris+%28+SNED+%29+and+extreme+thermal+fractionation+of+SRM-612+glass+induced+by+high+power+CW+CO+2+laser+irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radional+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">The formation of trinitite-like surrogate nuclear explosion debris ( SNED ) and extreme thermal fractionation of SRM-612 glass induced by high power CW CO 2 laser irradiation.</a> J Radional Nucl Chem. 304 (2), 705-715 (2015).</li>
<li>Harvey, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Porous+chromatographic+materials+as+substrates+for+preparing+synthetic+nuclear+explosion+debris+particles%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">Porous chromatographic materials as substrates for preparing synthetic nuclear explosion debris particles.</a> J Radioanal Nucl Chem. 298 (3), 1885-1898 (2013).</li>
<li>Hanni, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquidus+temperature+measurements+for+modeling+oxide+glass+systems+relevant+to+nuclear+waste+vitrification%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Res%22%5BJournal%5D)">Liquidus temperature measurements for modeling oxide glass systems relevant to nuclear waste vitrification.</a> J Mater Res. 20 (12), 3346-3357 (2005).</li>
<li>Weber, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radiation+Effects+in+Glasses+Used+for+Immobilization+of+High-Level+Waste+and+Plutonium+Disposition%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Res%22%5BJournal%5D)">Radiation Effects in Glasses Used for Immobilization of High-Level Waste and Plutonium Disposition.</a> J Mater Res. 12 (8), 1946-1978 (1997).</li>
<li>Eby, N., Hermes, R., Charnley, N., Smoliga, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trinitite-the+atomic+rock%5BTitle%5D)+AND+%22Geol+Today%22%5BJournal%5D)">Trinitite-the atomic rock.</a> Geol Today. 26 (5), 180-185 (2010).</li>
<li>Bellucci, J. J., Simonetti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+forensics%3A+searching+for+nuclear+device+debris+in+trinitite-hosted+inclusions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">Nuclear forensics: searching for nuclear device debris in trinitite-hosted inclusions.</a> J Radioanal Nucl Chem. 293 (1), 313-319 (2012).</li>
<li>Ross, C. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRoss%2C+CS+%22Optical+Properties+of+Glass+from+Alamogordo%2C+New+Mexico%22">Optical Properties of Glass from Alamogordo, New Mexico</a>. , (1948).</li>
<li>Giminaro, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compositional+planning+for+development+of+synthetic+urban+nuclear+melt+glass%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radional+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">Compositional planning for development of synthetic urban nuclear melt glass.</a> J Radional Nucl Chem. , (2015).</li>
<li>Cook, M. T., Auxier, J. D., Giminaro, A. V., Molgaard, J. J., Knowles, J. R., Hall, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+gamma+spectra+from+trinitite+versus+irradiated+synthetic+nuclear+melt+glass%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">A comparison of gamma spectra from trinitite versus irradiated synthetic nuclear melt glass.</a> J Radioanal Nucl Chem. , (2015).</li>
<li>Fahey, J., Zeissler, C. J., Newbury, D. E., Davis, J., Lindstrom, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postdetonation+nuclear+debris+for+attribution%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Postdetonation nuclear debris for attribution.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (47), 20207-20212 (2010).</li>
<li>Bellucci, J. J., Simonetti, A., Koeman, E. C., Wallace, C., Burns, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+detailed+geochemical+investigation+of+post-nuclear+detonation+trinitite+glass+at+high+spatial+resolution%3A+Delineating+anthropogenic+vs.+natural+components%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Geol%22%5BJournal%5D)">A detailed geochemical investigation of post-nuclear detonation trinitite glass at high spatial resolution: Delineating anthropogenic vs. natural components.</a> Chem Geol. 365, 69-86 (2014).</li>
<li>Donohue, P. H., Simonetti, A., Koeman, E. C., Mana, S., Peter, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+Forensic+Applications+Involving+High+Spatial+Resolution+Analysis+of+Trinitite+Cross-Sections%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">Nuclear Forensic Applications Involving High Spatial Resolution Analysis of Trinitite Cross-Sections.</a> J Radioanal Nucl Chem. , (2015).</li>
<li>Eaton, G. F., Smith, D. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aged+nuclear+explosive+melt+glass%3A+Radiography+and+scanning+electron+microscope+analyses+documenting+radionuclide+distribution+and+glass+alteration%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">Aged nuclear explosive melt glass: Radiography and scanning electron microscope analyses documenting radionuclide distribution and glass alteration.</a> J Radioanal Nucl Chem. 248 (3), 543-547 (2001).</li>
<li>Kersting, A. B., Smith, D. K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKersting%2C+AB+%22Observations+of+Nuclear+Explosive+Melt+Glass+Textures+and+Surface+Areas%22">Observations of Nuclear Explosive Melt Glass Textures and Surface Areas</a>. , Lawrence Livermore National Laboratory. (2006).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22IAEA+Safeguards+Glossary%22">IAEA Safeguards Glossary</a>. , 2001st ed, IAEA. Vienna, Austria. (2001).</li>
<li>Glasstone, S., Dolan, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGlasstone%2C+S+%22Effects+of+Nuclear+Weapons%22">Effects of Nuclear Weapons</a>. , 3rd ed, United States DOD/DOE. (1977).</li>
<li>Carney, K. P., Finck, M. R., McGrath, C. A., Martin, L. R., Lewis, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+development+of+radioactive+glass+surrogates+for+fallout+debris%5BTitle%5D)+AND+%22J+Radioanal+Nucl+Chem%22%5BJournal%5D)">The development of radioactive glass surrogates for fallout debris.</a> J Radioanal Nucl Chem. 299 (1), 363-372 (2013).</li>
<li>Molgaard, J. J., Auxier, J. D., Hall, H. L. A Comparison of Activation Products in Different Types of Urban Nuclear Melt Glass. American Nuclear Society Annual Meeting, , American Nuclear Society. (2015).</li>
</ol>

Diese Arbeit wurde unter der Fördernummer DE-NA0001983 des Stewardship Science Academic Alliances (SSAA) Programms der National Nuclear Security Administration (NNSA) durchgeführt.

Hinweis in Bezug auf Schritte 1.2.2 und 1.2.3: Die genaue Höhe der UNH wird je nach Szenario unterschiedlich simuliert. Die Planungs Formeln Giminaro et al. Entwickelt wurden, können verwendet werden, um die entsprechende Masse an Uran für eine gegebene Probe 13, wie im Abschnitt &quot;Sample Aktivierung&quot; von diesem Papier zu wählen. Auch kann Uranoxid (UO 2 oder U 3 O 8) anstelle von UNH verwendet werden, wenn verfügbar, und der Massenanteil von 235 U...

Bedenken hinsichtlich des möglichen böswilligen Einsatzes von Atomwaffen durch Terroristen oder Schurkenstaaten haben die Bedeutung der nuklearen Forensik-Analyse zum Zwecke der Zuschreibung hervorgehoben. 1 Schnelle Analysetechniken nach der Detonation sind wünschenswert, um die Zeitachse für die Zuordnung so weit wie möglich zu verkürzen. Für die Entwicklung und Validierung solcher Techniken werden realitätsnahe Proben von nuklearen Trümmern für die Tests benötigt. In den Vereinigten Staaten finden keine Atomtests mehr statt, und nukleare Oberflächentrümmer aus der Zeit der Tests sind nicht ohne weiteres verfügbar (mit Ausnahme von Trinitit - dem Schmelzglas, das beim ersten Atomtest am Trinity-Standort hergestellt wurde) und daher werden realistische Ersatztrümmer benötigt. 
Das Hauptziel der hier beschriebenen Methode ist die Herstellung von realistischen Ersatz-Kerntrümmern, ähnlich wie Trinitit. Synthetische Kernschmelzglasproben, die der akademischen Gemeinschaft leicht zugänglich sind, können zur Erprobung bestehender Analysetechniken und zur Entwicklung neuer Methoden wie der Thermochromatographie für eine schnelle Analyse nach der Detonation verwendet werden. 2 Mit diesem Ziel vor Augen konzentriert sich die aktuelle Studie auf die Herstellung von Proben, die Trinitit nachahmen, aber keine sensiblen Informationen über das Waffendesign enthalten. Die Kraftstoff- und Tamperkomponenten in diesen Proben sind vollständig generisch und der Vergleich mit Trinitit basiert auf Chemie, Morphologie und physikalischen Eigenschaften. Die Ähnlichkeiten zwischen Trinitit und dem synthetischen Kernschmelzglas, das in dieser Studie hergestellt wurde, wurden bereits zuvor diskutiert. 3
Der Zweck dieses Artikels ist es, die Details des Produktionsprozesses an der Universität von Tennessee (UT) zu skizzieren. Bei der Entwicklung dieses Produktionsverfahrens wurden zwei wichtige Parameter berücksichtigt: 1) die Zusammensetzung des Materials, das in das Kernschmelzglas eingearbeitet wird, und 2) die Schmelztemperatur des Materials. Es existieren Methoden zur Abschätzung der Schmelztemperatur von Glasformungsnetzwerken4, und diese Techniken wurden hier zusammen mit zusätzlichen Experimenten zur Bestimmung der optimalen Verarbeitungstemperatur für die Trinititmatrix eingesetzt. 5
Alternative Methoden zur Produktion von Ersatzschutt wurden kürzlich veröffentlicht. Der Einsatz von Hochleistungslasern hat den Vorteil, dass ausreichend hohe Temperaturen erzeugt werden, um eine Elementfraktionierung innerhalb der Zielmatrix zu bewirken. 6 Poröse chromatographische Substrate wurden verwendet, um kleine Partikel ähnlich wie Fallout-Partikel mit Hilfe von Methoden der kondensierten Phaseherzustellen 7. Die letztere Methode ist am nützlichsten für die Herstellung von Feinstaub (nuklearer Niederschlag) und wurde mit natürlichen Metallen demonstriert. Die Vorteile der hier vorgestellten Methode sind 1) Einfachheit, 2) Reproduzierbarkeit und 3) Skalierbarkeit (Probengrößen können von winzigen Kügelchen bis hin zu großen Schmelzglasstücken reichen). Außerdem ist dieses Verfahren sowohl in Bezug auf die Produktionsleistung als auch auf die Vielfalt der abgedeckten Explosionsszenarien erweiterbar und wurde bereits mit radioaktiven Materialien demonstriert. Eine Probe wurde erfolgreich am High Flux Isotope Reactor (HFIR) des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) aktiviert. Natürliche Uranverbindungen wurden der Matrix vor dem Schmelzen zugesetzt und Spaltprodukte wurden in situ durch Neutronenbestrahlung hergestellt. 
Methoden in der Glasherstellungsindustrie und solche, die zum Zwecke der Immobilisierung radioaktiver Abfälle8 verwendet werden, wurden bei der Entwicklung der hier vorgestellten Methode konsultiert. Die einzigartigen Wirkungen von Strahlung in Gläsern sind von inhärentem Interesse9 und werden bei der Weiterentwicklung dieser Methode ein wichtiges Forschungsgebiet darstellen. 
Die unten beschriebene Methode eignet sich für jede Anwendung, bei der eine Schmelzglasprobe in großen Mengen gewünscht wird. Diese Proben ähneln am ehesten dem Material, das in der Nähe des Epizentrums einer nuklearen Explosion gefunden wurde. Es können Proben verschiedener Größen hergestellt werden, aber Methoden mit Plasmabrennern oder Lasern sind für die Simulation von Feinstaub nützlicher. Außerdem erreichen kommerzielle HTFs keine Temperaturen, die hoch genug sind, um eine Elementfraktionierung für eine Vielzahl von Elementen zu bewirken. Diese Methode sollte angewendet werden, wenn physikalische und morphologische Merkmale von primärer Bedeutung sind.

<table><tbody><tr><td>Hochtemperatur-Ofen (HTF)</td><td>Carbolite</td><td>HTF 18</td><td>1.800 &#176; C HTF zum Schmelzen von Proben</td></tr><tr><td>Hochtemperatur-Fallofen</td><td>CM Inc.</td><td>1706 BL</td><td>1.700 &#176; C Fallofen zum Schmelzen von Proben</td></tr><tr><td>Graphittiegel</td><td>SCP Science</td><td>040-060-041</td><td>27 ml hochreine Graphittiegel (10er Pack)</td></tr><tr><td>Tiegelzange</td><td>Grainger</td><td>5ZPV0</td><td>26 Zoll, Edelstahlzange für die Handhabung von Tiegeln</td></tr><tr><td>Hitzebeständige Handschuhe</td><td>Grainger</td><td>8814-09</td><td>Handschuhe zum Schutz der Hände vor Hitze während der Probeneinführung/-entnahme</td></tr><tr><td>Mörser & Stößel</td><td>Fisherbrand</td><td>S337631</td><td>300 ml, Keramikmörser und Stößel zum Pulverisieren und Mischen</td></tr><tr><td>Micro Balance</td><td>Grainger</td><td>8NJG2</td><td>220 g Kappe, hochpräzise Waage zum Messen der Pulvermasse</td></tr><tr><td></td><td>Spatel Fisherbrand</td><td>14374</td><td>Metallspatel zum Messen kleiner Pulvermengen</td></tr><tr><td>SiO2</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>274739-5KG</td><td>Quarzsand&nbsp; CAS-Nummer: 14808-60-7</td></tr><tr><td>Al2O3</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>11028-1KG</td><td>Aluminiumoxidpulver&nbsp; CAS-Nummer: 1344-28-1</td></tr><tr><td>CaO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12047-2.5KG</td><td>Calciumoxid-Pulver&nbsp; CAS-Nummer: 1305-78-8</td></tr><tr><td>FeO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>400866-25G</td><td>Eisenoxidpulver&nbsp; CAS-Nummer: 1345-25-1</td></tr><tr><td>MgO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>342793-250G</td><td>Magnesiumoxid-Pulver&nbsp; CAS-Nummer: 1309-48-4</td></tr><tr><td>Na2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>36712-25G</td><td>Natriumoxid-Pulver&nbsp; CAS-Nummer: 1313-59-3</td></tr><tr><td>KOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>278904-250G</td><td>Kaliumhydroxid-Pellets&nbsp; CAS-Nummer: 12030-88-5</td></tr><tr><td>MnO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>377201-500G</td><td>Manganoxid-Pulver&nbsp; CAS-Nummer: 1344-43-0</td></tr><tr><td>TiO2</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>791326-5G</td><td>Titanoxid-Perlen&nbsp; CAS-Nummer: 12188-41-9</td></tr></tbody></table>

herstellung von synthetischen kernschmelzglas

Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

Realistischer Ersatz für nukleare Trümmer wird innerhalb der nuklearen Forensik-Gemeinschaft benötigt, um Analysetechniken nach der Detonation zu testen und zu validieren. Hier skizzieren wir ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Oberflächenabfällen unter Verwendung eines Hochtemperaturofens. Das in dieser Studie entwickelte Material ist physikalisch und chemisch ähnlich wie Trinitit (das Schmelzglas, das beim ersten Atomtest hergestellt wurde). Es wird angenommen, dass dieses synthetische Kernschmelzglas dem verglasten Material ähnelt, das in der Nähe des Epizentrums (Nullpunkt) einer nuklearen Oberflächendetonation in einer Wüstenumgebung hergestellt wird. Das hier beschriebene Verfahren kann zur Herstellung anderer Arten von Kernschmelzglas angewendet werden, einschließlich solcher, die wahrscheinlich in einer städtischen Umgebung gebildet werden. Dies kann durch einfaches Modifizieren der Vorläufermatrix erreicht werden, auf die dieses Produktionsverfahren angewendet wird. Das in dieser Studie hergestellte Schmelzglas wurde analysiert und mit Trinitit verglichen, wobei eine vergleichbare kristalline Morphologie, physikalische Struktur, Hohlraumfraktion und chemische Zusammensetzung nachgewiesen wurde.

Die nicht-radioaktiven Proben in dieser Studie hervorgebracht haben, um Trinitit verglichen worden und Abbildungen 1-3 zeigen, dass die physikalischen Eigenschaften und die Morphologie sind in der Tat ähnlich. Abbildung 1 zeigt Fotografien, die die Ähnlichkeiten in Farbe und Textur, die auf makroskopischer Ebene beobachtet werden, zu offenbaren. Abbildung 2 zeigt Rasterelektronenmikroskop (SEM) Sekundärelektronen (SE) Bilder, die ähnliche Merkmale im Mikrometerbereich z...

Ein Protokoll zur Herstellung von synthetischem Kernschmelzglas, ähnlich wie Trinitit, wird vorgestellt.

Herstellung von synthetischen Kernschmelzglas

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, surrogates Kernschmelzglas herzustellen, um Materialien bereitzustellen, die als Referenzstandards für die nukleare Forensik verwendet werden können. Die Methode, die Sie heute sehen werden, kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der nuklearen Forensik zu beantworten, beispielsweise Herausforderungen bei der Analyse von Kernschmelzglas sowie Störeinflüsse, die Massenspektrometrieverfahren beeinträchtigen. Der Hauptnachteil dieser Technik liegt darin, dass sie die bei einer nuklearen Sprengung auftretenden Druckverhältnisse nicht simulieren kann.In dem heutigen Video sehen Sie meine Doktoranden Andrew Giminaro und Jonathan Gill, die demonstrieren, wie man ein synthetisches nukleares Schmelzglas herstellt. Beschaffen Sie zunächst die erforderlichen Mengen Quarzsand und zusätzliche Bestandteile, wie im Textprotokoll angegeben. Verwenden Sie eine Mikrowaage und einen kleinen Spatel, um die Massenanteile jeder Verbindung genau nach der hier aufgeführten Liste abzuwiegen.Verwenden Sie anschließend Mörser und Pistill, um die Verbindungen zu pulverisieren und gründlich zu vermischen, wodurch eine homogene Pulvermischung entsteht. Rühren Sie unmittelbar vor dem nächsten Schritt mit einem Kugelmixer um. Danach beschaffen Sie einige mittelgroße Kristalle von UNH.Zerreiben Sie die UNH-Kristalle in einem Abzug mit Hilfe eines Mörsers und eines Pistills zu einem feinen Pulver mit Körnern von ein bis zwei Mikrometern. Geben Sie 33,75 Mikrogramm UNH pro Gramm der nicht radioaktiven Precursor-Matrix hinzu. Mischen Sie das Pulvergemisch, einschließlich des UNH, gründlich mit einem Mörser und einem Pistill.Zu diesem Zeitpunkt eine dicke Keramikschale, beispielsweise einen Mörser, mit etwa 100 Gramm reinem Quarzsand füllen und bei Raumtemperatur in der Nähe des Ofens lagern, an dem die Proben geschmolzen werden. Den Hochtemperaturofen auf 1.500 Grad Celsius vorheizen. Nachdem man sorgfältig ein Gramm der radioaktiven Pulvermischung abgewogen hat, wird dieses in einen Graphittiegel von hoher Reinheit gegeben.Danach den Tiegel vorsichtig mit einer langen Zange aus Stahl in den beheizten Hochtemperaturofen stellen. Nachdem das Gemisch 30 Minuten lang geschmolzen wurde, wird es aus dem Ofen entnommen und in einen mit Sand gefüllten Mörser gegossen. Fotos zeigen die Ähnlichkeiten in Farbe und Textur zwischen den nicht-radioaktiven Proben und dem in dieser Studie erzeugten Trinitit, die auf makroskopischer Ebene beobachtet werden.Sekundärelektronenbilder von Rasterelektronenmikroskopen, die ähnliche Merkmale auf Mikrometer-Ebene zeigen, werden hier dargestellt. Zahlreiche Hohlräume sind erkennbar, und die Defekte sowie die Heterogenität sind sowohl in Trinitit als auch in den synthetischen Proben vergleichbar. Ein Vergleich der Pulver-Röntgenbeugungsspektren von Trinitit und den synthetischen Proben wird hier gezeigt.Quarz ist das einzige Mineral, das in beiden Fällen vorhanden ist, und die Peakintensitäten sind ähnlich, was auf einen vergleichbaren Grad der Amorphie hindeutet. Wenn man diese Technik einmal beherrscht, kann sie bei korrekter Durchführung innerhalb von vier Stunden durchgeführt werden. Bei der Durchführung dieser Methode ist es äußerst wichtig, sehr vorsichtig mit den hohen Temperaturen umzugehen, die in diesem Verfahren verwendet werden.Nach Durchführung dieses Verfahrens können andere Methoden, wie die Herstellung von städtischem Schmelzglas, angewendet werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, beispielsweise bezüglich der Unterschiede zwischen Morphologien und Städten. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik Forschern auf dem Gebiet der nuklearen Forensik den Weg, mögliche Mängel und erforderliche analytische Techniken zur Untersuchung von Detonationsrückständen zu erforschen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Ersatzmaterial für nukleare Rückstände herstellt und analysiert, das den bei dem Trinity-Test gefundenen Rückständen stark ähnelt.Bei der Arbeit mit Hochtemperaturofen ist dies äußerst gefährlich, und es sollten stets Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen geeigneter Schutzbrille und temperaturbeständiger persönlicher Schutzausrüstung getroffen werden, wenn diese Methode durchgeführt wird.

production-of-synthetic-nuclear-melt-glass

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir präsentieren die Hochtemperatur-Synthese intermetallischer Vorläufer...

Synthese von neunatomige deltaedrischen Zintl-Ionen von Germanium und deren Funktionalisierung mit organischen Gruppen

Ein indirektes additive Herstellungsverfahren eine 3D-Druck von Polymeren mit einer Schleuderguss Kombination zum Herstellen 3D-Oktett-Gerippe Metalle (Al und Cu-Legierungen) mit einer Einheitszellenlänge von 5 mm mit einer Wanddicke von 0,5 mm beschrieben.

Indirekte Herstellung von Lattice Metals mit Dünnschliffen Mit Schleuderguss

Wir präsentieren Experimente in die echte Kernbrennstoff, Verkleidung, und Containment Materialien sind Laser auf Temperaturen über 3.000 K erhitzt, während ihr Verhalten durch Ausstrahlung Spektroskopie und thermische Analyse untersucht wird. Diese Experimente simulieren im Labormaßstab, die Bildung einer Lava-Phase nach einem Kernreaktor Kernschmelzen.

Laser-Heizung und Ausstrahlung Spektrometrie für die Untersuchung von Kernmaterial in Bedingungen simulieren einen Atomkraftwerksunfall

Dieses Manuskript schlägt eine weichchemische Methode zur Synthese von superhydrophoben, TiO2-beschichteten Hohlglas-Mikrosphären (HGM) mit hohen IR-reflektierenden Eigenschaften vor.

TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -beschichteten Glashohlkugeln mit Superhydrophobe und hohe IR-reflektierende durch eine Soft-Chemie synthetisiert Eigenschaften

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von hochwertigem optischen Glasoberflächen adsorbiert mit Verbindungen, die langkettigen Kohlenwasserstoffe, die können verwendet werden, um Makrophagen Verschmelzung von lebenden Exemplaren zu überwachen und ermöglicht Super-Resolution-Mikroskopie von festen Proben .

Herstellung optischer Qualität Glasflächen, Makrophagen Fusion zu studieren

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur ex-Situ und in Situ Untersuchungen von strukturellen Umwandlungen im metallischen Gläsern zu beschreiben. Wir Beschäftigten Atom-basierten Analysemethoden die Hyperfein Wechselwirkungen zu überprüfen. Wir zeigen die Anwendbarkeit der Mössbauer-Spektrometrie und nukleare Vorwärtsstreuung von Synchrotronstrahlung während Temperatur-gesteuerte Experimente.

Methoden der Ex-Situ und In Situ Untersuchungen zu strukturellen Veränderungen: der Fall der Kristallisation von metallischen Gläsern

Wichtige Verfahren zur Optimierung des Dichtungsprozesses und zur Echtzeitüberwachung der Metall-Glas-Dichtungsstruktur (MTGS) werden ausführlich beschrieben. Der Embedded Fiber Bragg Gittersensor (FBG) wurde entwickelt, um eine Online-Überwachung von Temperatur und hoher Restspannung im MTGS bei gleichzeitiger Umgebungsdrucküberwachung zu erreichen.

Optimierter Versiegelungsprozess und Echtzeitüberwachung von Glas-Metall-Dichtungsstrukturen

Hier stellen wir ein Protokoll zur Synthese von zwei Arten von UTe2-Kristallen vor: solche, die eine robuste Supraleitung aufweisen, durch chemische Dampftransportsynthese, und solche, denen es an Supraleitung mangelt, über die Synthese von geschmolzenem Metallfluss.

Vergleich zweier verschiedener Synthesemethoden von Einkristallen supraleitender Uranditelluride

Es wird ein Protokoll für die Synthese von persistenten lumineszierenden Nanomaterialien (PLNPs) und ihre potenziellen Anwendungen in wiederbeschreibbaren Displays und künstlerischer Verarbeitung unter Ausnutzung des Nachleuchteffekts unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht (365 nm) vorgestellt.

Synthese von persistenten lumineszierenden Nanopartikeln für wiederbeschreibbare Displays und Beleuchtungsanwendungen

Die Fluid-Cell-Raman-Spektroskopie (FCRS) ermöglicht in operando Beobachtungen von Reaktions- und Transportphänomenen während der wässrigen Korrosion von Silikatgläsern auf mikroskopischer Ebene, bei erhöhten Temperaturen und in Echtzeit. Ohne laufende Prozesse zu unterbrechen, liefert FCRS Informationen über Reaktionsmechanismen, Kinetik und Transportprozesse.

Fluid-Cell-Raman-Spektroskopie für operando Untersuchungen von Reaktions- und Transportphänomenen bei Silikatglaskorrosion

Erfahren Sie die Herstellung von synthetischem Kernschmelzglas als Standardreferenzmaterial für die nukleare Forensik. Diese Methode ermöglicht die Analyse von nuklearem Schmelzglas und verbessert massenspektrometrische Techniken.

Herstellung von synthetischen Kernschmelzglas

Weitere Videos entdecken