Name: Production de synthétique fondre le verre nucléaire (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-04T13:00:01.000+00:00
Duration: 4 min 36 s
Description: Découvrez comment produire du verre de fusion nucléaire synthétique pour la recherche en forensique nucléaire. Cette méthode utilise du sable de quartz et une microbalance pour créer des échantillons servant d'étalons analytiques.

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

Certaines parties de cette étude ont déjà été publiées dans le Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 3.13 Un brevet est en instance pour cette méthode.

Attention: Le processus décrit ici comprend l&#39;utilisation de matières radioactives (par exemple, l&#39;hexahydrate de nitrate d&#39;uranium) et de plusieurs substances corrosives. Les vêtements et les équipements de protection appropriés devraient être utilisés (y compris une blouse de laboratoire, des gants, des lunettes de protection, et une hotte) lors de la préparation de l&#39;échantillon. En outre, les zones de laboratoire utilisées pour ces travaux doivent être surveillés régulièrement pour contamination radioactive. Note:. Les composés chimiques nécessaires sont énumérés dans le tableau 1 Cette formulation a été développée par l&#39;examen de données déclarées précédemment composition pour trinitite 10 Les fractions de masse rapportés ici ont été déterminées par la moyenne des fractions de masse pour plusieurs échantillons de trinitite différents 10 La masse &quot;disparus&quot;.. (les fractions de ne pas correspondre à l&#39;unité) existe pour permettre une certaine souplesse lors de l&#39;ajout de carburant, de sabotage, et d&#39;autres constituants. Notre analyse indépendante de plusieurs échantillons trinitite suggère que le quartz est la seule phase minéralesurvivre dans trinitite. 5 Par conséquent, le quartz est le seul minéral inclus dans notre trinitite formulation standard (STF). Bien que les grains reliques d&#39;autres minéraux ont été signalés dans trinitite, 11 ceux-ci ont tendance à être l&#39;exception plutôt que la règle. En général, le quartz est le seul minéral présent dans le verre fondu. 10,12 Aussi, sable de quartz est un composant commun d&#39;asphalte et de béton qui sera important dans la formation du verre urbaine de fusion nucléaire. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr height="41"><td colspan="2" height="41" style="height:42px;width:317px;"> Données moyennées trinitite </td><td colspan="2" style="width:317px;"> Norme trinitite Formulation (STF) </td></tr><tr height="22"><td height="22" style="height:22px;width:159px;"> Composé </td><td style="width:159px;"> Fraction de masse </td><td style="width:159px;"> Composé </td><html><td style="width:159px;"> Fraction de masse </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;"> Le total </td><td style="width:159px;"> 9.81x10 -1 </td><td style="width:159px;"> Le total </td><td style="width:159px;"> 9.91x10 -1 </td></tr></tbody></table> Tableau 1. Liste des composés chimiques. 1. Préparation de la STF Remarque: L&#39;équipement nécessaire comprend une microbalance, spatules en métal, un mortier et un pilon en céramique, une hotte chimique, gants en latex, une blouse de laboratoire et des lunettes de protection. <ol><li> Le mélange des composants non radioactifs <ol><li> Acquérir au moins 65 g de sable de quartz (SiO 2), 15 g de Al 2 O 3 &lt;/ sub&gt; poudre, 10 g de poudre de CaO, 2 g de poudre de FeO, 2 g de poudre de MgO, 2 g de Na 2 O en poudre, 7 g de pastilles de KOH, 1 g de poudre de MnO et 1 g de poudre de TiO 2 ( composés énumérés dans le Tableau 1). </li><li> Utilisez une microbalance et petite spatule de mesurer précisément les fractions de la masse de chaque composé comme indiqué dans le tableau 1. Pour de meilleurs résultats préparer 100 g de la matrice de précurseur non radioactif à un moment donné. </li><li> Utilisation d&#39;un mortier et d&#39;un pilon à pulvériser (à ~ 10-20 granules de taille um) et bien mélanger les composés, en formant un mélange de poudre homogène contenant 64,2 g de SiO 2, 14,2 g de Al 2 O 3, 9,64 g de CaO, 1,97 g de FeO, 1,15 g de MgO, 1,25 g de Na 2 O. 6,12 g de KOH, 0,0505 g de MnO, et 0,427 g de TiO 2. </li><li> Agiter le mélange, en utilisant un mélangeur à billes, peu de temps avant l&#39;étape suivante est prise. </li></ol></li><li> Le mélange des STF avec Uranium hexahydrate de nitrate (UNH) <ol><li> Acquire au moins 1 g de UNH. </li><li> L&#39;intérieur d&#39;une hotte, pulvériser quelques cristaux UNH (en utilisant un mortier et un pilon) pour former une poudre fine de 1-2 um granulés. </li><li> Ajouter 33,75 pg de UNH par gramme de la matrice de précurseur non radioactif (ce rapport est approprié pour simuler une arme simple avec un rendement de 1 kilotonnes). 13 </li><li> Bien mélanger le mélange de poudre, y compris l&#39;UNH, en utilisant un mortier et un pilon. Remplissez mélange final peu de temps avant l&#39;étape de fusion. </li></ol></li></ol> 2. Production de 1 gramme échantillon fondre le verre Remarque: L&#39;équipement nécessaire comprend une HTF évalué à 1 600 ° C ou plus, creusets de haute pureté de graphite, longs en acier inoxydable pince à creuset, des gants résistant à la chaleur, et des lunettes de protection. Des gants résistants à la chaleur et une protection oculaire doivent être portés lors de l&#39;introduction ou du retrait des échantillons du four. Lunettes de sécurité teintées (ou des lunettes de soleil) sont utiles, car ils réduisent la lueur de la fournaise. <ol><li> Production d&#39;un échantillon non radioactif <ol><li> Remplir un plat en céramique d&#39;épaisseur (par exemple un pignon) avec ~ 100 g de sable de quartz pur et maintenir à la température ambiante à proximité de l&#39;emplacement du four où les échantillons seront fondus. </li><li> Préchauffer le FASS à 1500 ° C. </li><li> Mesurer soigneusement 1,00 g du mélange de poudre non-radioactifs et placer la poudre dans un creuset en graphite de haute pureté. </li><li> Placez soigneusement le creuset dans le FASS chauffée (en utilisant une longue paire de pince à creuset acier) et fondre le mélange pendant 30 min. </li><li> Retirer l&#39;échantillon (de nouveau en utilisant les pinces) et verser l&#39;échantillon fondu dans le mortier rempli de sable. </li><li> Laisser la perle de verre refroidir pendant 1-2 min avant de le manipuler. </li><li> Polir le talon pour enlever le sable résiduel (si nécessaire). </li></ol></li><li> Production d&#39;un échantillon radioactif <ol><li> Répétez les étapes 2.1.1 et 2.1.2 ci-dessus. </li><li> Mesurer soigneusement 1,00 gramme du mélange de poudre radioactifs (y compris UNH) et placer le Powd<html> er dans un creuset en graphite de haute pureté à l&#39;aide d&#39;une spatule et microbalance séparé pour éviter toute contamination croisée. </li><li> Répétez les étapes 2.1.4 - 2.1.6 ci-dessus. </li><li> Surveiller la zone autour du four (en utilisant un détecteur à main rayonnement et / ou analyses magnétiques) pour vérifier la contamination radioactive. </li></ol></li></ol> 3. Activation de l&#39;échantillon Remarque: Les équations qui suivent ont été établies en supposant l&#39;utilisation de qualité militaire (enrichi) en uranium métal. Les quantités de UNH ou oxyde d&#39;uranium devront être mis à l&#39;échelle en fonction de la fraction de la masse d&#39;uranium élémentaire et le niveau de 235 U enrichissement. <ol><li> Activation d&#39;un échantillon de fusion de verre avec de l&#39;uranium Fue <ol><li> Calculer la fraction massique de l&#39;uranium métal requise pour l&#39;échantillon en utilisant l&#39;équation ci-dessous 13 (où m U représente la fraction massique de l&#39;uranium et Y représente le rendement de l&#39;arme): 473 / 53473eq1.jpg &quot;/&gt; </li><li> Facultatif: Calculer la fraction massique de sabotage (par exemple, l&#39;uranium naturel, le plomb, le tungstène) en utilisant l&#39;équation ci-dessous: 13 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq2.jpg" /></li><li> Calculer le nombre de fissions cible dans l&#39;échantillon en utilisant l&#39;équation 13 ci-dessous dans laquelle M représente la masse de l&#39;échantillon en grammes f et N représente le nombre de fissions produites dans l&#39;échantillon pendant l&#39;irradiation: <img alt="Équation 3" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq3.jpg" /></li><li> Calculer le temps d&#39;irradiation nécessaire en utilisant l&#39;équation ci-dessous 13 235 m où représente la 235 U fraction de masse (niveau d&#39;enrichissement) et t irr est le temps d&#39;irradiation en quelques secondes: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq4.jpg" /></li><li> Irradier l&#39;échantillon pourT secondes irr à un flux de neutrons thermiques de 4,0 x 10 14 n / cm 2 / sec. Par exemple, une irradiation de 60 secondes dans pneumatique Tube 1 (PT-1) à HFIR (avec une thermique à résonance rapport de 35) produira environ 1,1 x 10 11 fissions dans un échantillon contenant 870 ug de UNH (l&#39;équivalent de 410 pg de l&#39;uranium naturel, ou 3,0 pg de 235 U). Ceci a été réalisé pour une 0,433 g de billes de verre conçu pour simuler un échantillon de verre à l&#39;état fondu produit par une arme avec un rendement de 0,1 kilotonnes. Cet échantillon a été analysé en profondeur par Cook et al. 14 </li><li> Suivre les protocoles de sécurité relatives à la manipulation de la post-irradiation échantillon radioactif. </li></ol></li><li> Activation d&#39;un échantillon de fusion de verre avec du plutonium combustible (Facteurs de planification) <ol><li> Calculer la fraction de masse de plutonium métal nécessaire pour l&#39;échantillon en utilisant l&#39;équation ci-dessous 13 où M représen Puts de la fraction de masse de plutonium et Y représente le rendement de l&#39;arme: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq5.jpg" /></li><li> Répétez les étapes 3.1.2 et 3.1.3 ci-dessus. </li><li> Déterminer le temps d&#39;irradiation nécessaire pour obtenir le nombre souhaité de fissions dans l&#39;échantillon de verre à l&#39;état fondu. Ce temps dépend de la composition et la qualité du plutonium ainsi que le spectre d&#39;énergie des neutrons. </li></ol></li></ol> Remarque: Un grand soin doit être apporté au traitement du plutonium et des analyses supplémentaires seront nécessaires. Comme d&#39;écrire ces lignes, seul l&#39;uranium a été utilisé dans les échantillons de verre de fusion synthétiques produits à l&#39;UT et irradiés à HFIR.

<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>

Ce travail a été effectué dans le cadre de la subvention numéro DE-NA0001983 du programme Stewardship Science Academic Alliances (SSAA) de la National Nuclear Security Administration (NNSA).

Remarque concernant les étapes 1.2.2 et 1.2.3: Le montant exact de UNH va varier en fonction du scénario simulé. Les formules de planification élaborés par Giminaro et al. Peuvent être utilisés pour choisir la masse appropriée de l&#39;uranium pour un échantillon donné 13 tel que discuté dans la section «Activation de l&#39;échantillon&quot; de ce document. En outre, l&#39;oxyde d&#39;uranium (UO 2 ou U 3 O 8) peut être utilisé à la place de UNH, si disponible, et la ...

Les préoccupations concernant l’utilisation malveillante potentielle d’armes nucléaires par des terroristes ou des nations voyous ont mis en évidence l’importance de l’analyse médico-légale nucléaire à des fins d’attribution. 1 Des techniques d’analyse post-détonation rapide sont souhaitables pour raccourcir autant que possible le délai d’attribution. La mise au point et la validation de telles techniques nécessitent des échantillons réalistes de débris nucléaires pour les essais. Les essais nucléaires n’ont plus lieu aux États-Unis et les débris nucléaires de surface de l’époque des essais ne sont pas facilement disponibles (à l’exception de la trinitite - le verre fondu produit par le premier essai nucléaire sur le site de la trinité) et donc des débris de substitution réalistes sont nécessaires. 
L’objectif principal de la méthode décrite ici est la production de débris nucléaires de substitution réalistes similaires à la trinitite. Les échantillons de verre synthétique de fusion nucléaire, qui sont facilement accessibles à la communauté universitaire, peuvent être utilisés pour tester les techniques d’analyse existantes et pour développer de nouvelles méthodes telles que la thermochromatographie pour l’analyse rapide post-détonation. 2 Avec cet objectif à l’esprit, l’étude actuelle se concentre sur la production d’échantillons qui imitent la trinitite, mais ne contiennent aucune information sensible sur la conception des armes. Les composants du combustible et du tamper dans ces échantillons sont complètement génériques et la comparaison avec la trinitite est basée sur la chimie, la morphologie et les caractéristiques physiques. Les similitudes entre la trinitite et le verre nucléaire synthétique produit dans cette étude ont déjà été discutées. 3
Le but de cet article est de décrire en détail le processus de production utilisé à l’Université du Tennessee (UT). Ce processus de production a été développé en tenant compte de deux paramètres clés : 1) la composition du matériau incorporé dans le verre de fusion nucléaire, et 2) la température de fusion du matériau. Il existe des méthodes pour estimer la température de fusion des réseaux de formation du verre4 et ces techniques ont été employées ici, ainsi que des expériences supplémentaires pour déterminer la température de traitement optimale de la matrice de trinitite. 5
Des méthodes alternatives pour la production de débris de substitution ont été publiées récemment. L’utilisation de lasers de haute puissance présente l’avantage de créer des températures suffisamment élevées pour provoquer un fractionnement élémentaire au sein de la matrice cible. 6 Des substrats chromatographiques poreux ont été utilisés pour produire de petites particules semblables à des particules de retombées en utilisant des méthodes en phase condensée7. Cette dernière méthode est la plus utile pour produire des débris particulaires (retombées nucléaires) et a été démontrée avec des métaux naturels. Les avantages de la méthode présentée ici sont 1) la simplicité, 2) la reproductibilité et 3) l’évolutivité (la taille des échantillons peut aller de minuscules billes à de gros morceaux de verre fondu). De plus, cette méthode est extensible à la fois en termes de production et de variété de scénarios explosifs couverts, et elle a déjà été démontrée en utilisant des matières radioactives. Un échantillon a été activé avec succès au réacteur à isotopes à haut flux (HFIR) du Laboratoire national d’Oak Ridge (ORNL). Des composés d’uranium naturel ont été ajoutés à la matrice avant la fusion et des produits de fission ont été produits in situ par irradiation neutronique. 
Les méthodes de l’industrie du verre et celles employées à des fins d’immobilisation des déchets radioactifs8 ont été consultées dans le développement de la méthode présentée ici. Les effets uniques du rayonnement dans les lunettes sont d’un intérêt inhérent9 et constitueront un domaine d’étude important à mesure que cette méthode sera perfectionnée. 
La méthode décrite ci-dessous convient à toute application où un échantillon de verre fondu en vrac est souhaité. Ces échantillons ressemblent le plus au matériau trouvé près de l’épicentre d’une explosion nucléaire. Des échantillons de différentes tailles peuvent être produits, mais les méthodes utilisant des torches à plasma ou des lasers seront plus utiles pour simuler des débris de particules fines. De plus, les HTF commerciaux n’atteignent pas des températures suffisamment élevées pour provoquer le fractionnement élémentaire d’une large gamme d’éléments. Cette méthode doit être utilisée lorsque les caractéristiques physiques et morphologiques sont d’une importance primordiale.

<table><tbody><tr><td>Four à haute température (HTF)</td><td>Carbolite</td><td>HTF 18</td><td>1 800 &#176 ; C HTF utilisé pour faire fondre des échantillons</td></tr><tr><td>Four à goutte à haute température</td><td>CM Inc.</td><td>1706 BL</td><td>1 700 &#176 ; C Four à goutte utilisé pour fondre des échantillons</td></tr><tr><td>Creusets en graphite</td><td>SCP Science</td><td>040-060-041</td><td>27 ml Creusets en graphite de haute pureté (paquet de 10)</td></tr><tr><td>Pince à creuset</td><td>Grainger</td><td>5ZPV0</td><td>26 po, acier inoxydablePince pour la manipulation des creusets</td></tr><tr><td>Gants résistants à la chaleur</td><td>Grainger</td><td>8814-09</td><td>Gants utilisés pour protéger les mains de la chaleur lors de l’introduction/retrait des échantillons</td></tr><tr><td>Mortier et Pilon</td><td>Fisherbrand</td><td>S337631</td><td>300 ml, Mortier et pilon en céramique pour poudrier et mélanger</td></tr><tr><td>Micro Balance</td><td>Grainger</td><td>8NJG2</td><td>220 g Capuchon, balance de haute précision pour mesurer la masse de poudre</td></tr><tr><td>Spatules</td><td>Fisherbrand</td><td>14374</td><td>Spatules en métal pour mesurer de petites quantités de poudre</td></tr><tr><td>SiO2</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>274739-5KG</td><td>Sable de quartz ; Numéro CAS : 14808-60-7</td></tr><tr><td>Al2O3</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>11028-1KG</td><td>Poudre d’oxyde d’aluminium&nbsp ; Numéro CAS : 1344-28-1</td></tr><tr><td>CaO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12047-2.5KG</td><td>Poudre d’oxyde de calcium&nbsp ; Numéro CAS : 1305-78-8</td></tr><tr><td>FeO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>400866-25G</td><td>Poudre d’oxyde de fer&nbsp ; Numéro CAS : 1345-25-1</td></tr><tr><td>MgO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>342793-250G</td><td>Poudre d’oxyde de magnésium&nbsp ; Numéro CAS : 1309-48-4</td></tr><tr><td>Na2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>36712-25G</td><td>Poudre d’oxyde de sodium&nbsp ; Numéro CAS : 1313-59-3</td></tr><tr><td>KOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>278904-250G</td><td>Pastilles d’hydroxyde de potasium&nbsp ; Numéro CAS : 12030-88-5</td></tr><tr><td>MnO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>377201-500G</td><td>Poudre d’oxyde de manganèse&nbsp ; Numéro CAS : 1344-43-0</td></tr><tr>Billes d’oxyde de titane<td>TiO2</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>791326-5G</td><td>. Numéro CAS : 12188-41-9</td></tr></tbody></table>

production de synthétique fondre le verre nucléaire

Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

Des débris nucléaires de substitution réalistes sont nécessaires au sein de la communauté de la criminalistique nucléaire pour tester et valider les techniques d’analyse post-détonation. Nous décrivons ici un nouveau procédé de production de débris de surface en vrac à l’aide d’un four à haute température. Le matériau développé dans cette étude est physiquement et chimiquement similaire à la trinitite (le verre fondu produit par le premier essai nucléaire). On suppose que ce verre synthétique de fusion nucléaire est similaire au matériau vitrifié produit près de l’épicentre (point zéro) de toute détonation nucléaire de surface dans un environnement désertique. Le processus décrit ici peut être appliqué pour produire d’autres types de verre de fusion nucléaire, y compris celui susceptible de se former dans un environnement urbain. Cela peut être accompli en modifiant simplement la matrice précurseur à laquelle ce processus de production est appliqué. Le verre fondu produit dans cette étude a été analysé et comparé à la trinitite, révélant une morphologie cristalline, une structure physique, une fraction de vide et une composition chimique comparables.

Les échantillons non-radioactifs produits dans cette étude ont été comparés à trinitite et les figures 1-3 montrent que les propriétés physiques et la morphologie sont en effet similaires. La figure 1 fournit des photos qui révèlent les similitudes couleur et de texture qui sont observées au niveau macroscopique. La figure 2 montre microscope électronique à balayage (MEB) secondaires images Electron (SE) qui révèlent des caractéristiques similaires au n...

Un protocole pour la production de verre nucléaire fondu synthétique, similaire à la trinitite, est présenté.

Production de synthétique fondre le verre nucléaire

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

Le but global de cette procédure est de fabriquer un verre fondu nucléaire de substitution afin de préparer des matériaux pouvant servir de références pour la communauté de la criminalistique nucléaire. La méthode que vous allez observer aujourd'hui permet de répondre à des questions essentielles dans le domaine de la criminalistique nucléaire, telles que les difficultés liées à l'analyse du verre fondu nucléaire et les effets qui interfèrent avec les techniques de spectrométrie de masse. L'inconvénient principal de cette technique est qu'elle ne peut pas simuler les pressions générées lors de l'explosion d'une arme nucléaire.Dans la vidéo d'aujourd'hui, vous allez voir mes étudiants diplômés, Andrew Giminaro et Jonathan Gill, qui vous montrent comment fabriquer un verre de fusion nucléaire synthétique. Commencez par vous procurer les quantités requises de sable de quartz et des autres composants indiqués dans le protocole écrit. Utilisez une microbalance et une petite spatule pour mesurer avec précision les fractions massiques de chaque composé telles que listées ici.Ensuite, utilisez un mortier et un pilon pour pulvériser et bien mélanger les composés, afin d'obtenir un mélange homogène en poudre. Agitez à l’aide d’un mélangeur à billes juste avant l’étape suivante. Ensuite, procurez-vous quelques cristaux de taille moyenne d’UNH.Dans une hotte chimique, réduire les cristaux d'UNH en poudre fine à l’aide d’un mortier et d’un pilon, afin d’obtenir des granules d’un à deux micromètres. Ajouter 33,75 microgrammes d'UNH par gramme de matrice précurseur non radioactive. Bien mélanger le mélange de poudres, y compris l'UNH, à l’aide d’un mortier et d’un pilon.À ce stade, remplir un récipient en céramique épais, comme un mortier, avec environ 100 grammes de sable de quartz pur et le maintenir à température ambiante près de l'emplacement du four où les échantillons seront fondus. Préchauffer le four haute température à 1 500 degrés Celsius. Après avoir mesuré soigneusement un gramme du mélange de poudre radioactive, le placer dans un creuset en graphite de haute pureté.Ensuite, placer soigneusement le creuset dans le four à haute température préchauffé à l'aide d'une longue paire de pinces en acier pour creuset. Après avoir fait fondre le mélange pendant 30 minutes, retirer le creuset du four et le verser dans un mortier rempli de sable. Les photographies révèlent les similitudes de couleur et de texture entre les échantillons non radioactifs et la trinitite produits dans cette étude, telles qu'observées au niveau macroscopique.Des images d'électrons secondaires de microscopes électroniques à balayage, qui révèlent des caractéristiques similaires au niveau du micron, sont affichées ici. De nombreux vides sont observés, et les défauts ainsi que l'hétérogénéité sont similaires dans le trinitite et les échantillons synthétiques. Une comparaison des spectres de diffraction de rayons X sur poudre du trinitite et des échantillons synthétiques est présentée ici.Le quartz est le seul minéral présent dans les deux cas, et les intensités des pics sont similaires, ce qui suggère un degré comparable d'amorphisme. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quatre heures si elle est effectuée correctement. Lors de l'exécution de cette méthode, il est très important de faire très attention aux hautes températures utilisées dans cette procédure.Après avoir suivi cette procédure, d'autres méthodes, telles que l'élaboration de verre de fusion urbain, peuvent être réalisées afin de répondre à d'autres questions, comme les différences entre les morphologies et les villes. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la criminalistique nucléaire pour explorer les déficiences possibles et les techniques analytiques nécessaires à l'analyse des débris post-détonation. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de produire et d'analyser des débris nucléaires simulés qui ressemblent étroitement aux débris trouvés lors du test Trinity.Lorsque l'on travaille avec des fours à haute température, cela peut être extrêmement dangereux et des précautions telles que le port de protections oculaires adaptées et d'équipements de protection individuelle résistants à la chaleur doivent toujours être prises lors de l'exécution de cette méthode.

production-of-synthetic-nuclear-melt-glass

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

On présenter la synthèse à haute température des précurseurs intermétalliques...

Synthèse des neuf atomes Deltahedral ions Zintl de germanium et leur fonctionnalisation avec des groupes organiques

Un procédé de fabrication d'un additif indirect combinant une impression en 3D de polymères avec une coulée centrifuge est décrite pour la fabrication de métaux en treillis d'octets 3D (Al et alliages de Cu) ayant une longueur de maille de 5 mm, avec une épaisseur de paroi de 0,5 mm.

Fabrication indirecte de Lattice Metals avec sections minces utilisant Coulée centrifuge

Nous présentons des expériences quel carburant nucléaire réel, bardages, et matériaux de confinement sont chauffé à des températures au-delà de 3 000 K, alors que leur comportement est étudié par spectroscopie de radiance et analyse thermique au laser. Ces expériences de simuler, à l’échelle laboratoire, la formation d’une phase lave suite à un effondrement de cœur de réacteur nucléaire.

Laser-chauffage et spectrométrie de la Radiance pour l’étude des matières nucléaires dans des Conditions simulant un Accident de la centrale nucléaire

Ce manuscrit propose une méthode de chimie douce pour synthétiser des microsphères de verre creuses (HGM) superhydrophobes à revêtement TiO2 avec des propriétés de réflexion IR élevées.

TiO<sub&gt; 2</sub&gt; Verre creux doté d&#39;un revêtement avec Microsphères superhydrophobes et High Propriétés IR-réfléchissantes synthétisé par un procédé Soft-chimie

Ce protocole décrit la fabrication de surfaces de verre de qualité optique adsorbé avec des composés contenant des hydrocarbures à chaîne longue qui peuvent être utilisés pour surveiller la fusion des macrophages de spécimens vivants et permet de microscopie de Super-résolution d’échantillons fixés .

Fabrication de Surfaces de verre de qualité optique pour étudier la Fusion des macrophages

Nous présentons ici un protocole visant à décrire les enquêtes ex situ et in situ des transformations structurelles dans les verres métalliques. Nous avons utilisé des méthodes analytiques axés sur le nucléaire qui inspectent les interactions hyperfines. Nous démontrons l’applicabilité de la spectrométrie Mössbauer et nucléaire diffusion vers l’avant du rayonnement synchrotron au cours d’expériences axées sur la température.

Méthodes Ex Situ et In Situ des enquêtes des Transformations structurelles : le cas de la cristallisation des verres métalliques

Les principales procédures visant à optimiser le processus d'étanchéité et à assurer une surveillance en temps réel de la structure du joint métal-verre (MTGS) sont décrites en détail. Le capteur de râpage Bragg (FBG) en fibre embarquée est conçu pour assurer une surveillance en ligne de la température et du stress résiduel de haut niveau dans le MTGS avec surveillance simultanée de la pression environnementale.

Processus d'étanchéité optimisé et surveillance en temps réel des structures d'étanchéité de verre à métal

Nous présentons ici un protocole pour synthétiser deux types de cristaux UTe2 : ceux présentant une supraconductivité robuste, via la synthèse chimique par transport de vapeur, et ceux dépourvus de supraconductivité, via la synthèse de flux métallique fondu.

Comparaison de deux méthodes de synthèse différentes de monocristaux de ditellurure d’uranium supraconducteur

Un protocole est présenté pour la synthèse de nanomatériaux luminescents persistants (PNLP) et leurs applications potentielles dans les affichages réinscriptibles et le traitement artistique en utilisant l’effet de rémanence sous irradiation à la lumière ultraviolette (365 nm).

Synthèse de nanoparticules luminescentes persistantes pour des applications d’affichage et d’éclairage réinscriptibles

La spectroscopie Raman à cellules fluides (FCRS) permet d’observer in operando les phénomènes de réaction et de transport lors de la corrosion aqueuse des verres de silicate à un niveau microscopique, à des températures élevées et en temps réel. Sans interrompre les processus en cours, le FCRS fournit des informations sur les mécanismes de réaction, la cinétique et les processus de transport.

Spectroscopie Raman à cellules fluides pour l’étude operando des phénomènes de réaction et de transport lors de la corrosion du verre silicaté

Découvrez comment produire du verre de fusion nucléaire synthétique pour la recherche en forensique nucléaire. Cette méthode utilise du sable de quartz et une microbalance pour créer des échantillons servant d'étalons analytiques.

Production de synthétique fondre le verre nucléaire

Explorer plus de vidéos