Name: Produkcja syntetycznego szkła ze stopu jądrowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-04T13:00:01.000+00:00
Duration: 4 min 36 s
Description: Poznaj metodę syntezy szkła jądrowego do badań kryminalistycznych w dziedzinie jądrowej. Protokół umożliwia produkcję materiałów wzorcowych do analizy spektrometrycznej szkła stopionego.

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

Fragmenty tego badania zostały wcześniej opublikowane w Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 3,13 Zgłoszono patent na tę metodę.

Uwaga: Opisany tutaj proces obejmuje użycie materiałów promieniotwórczych (np. azotanu uranu sześciowodcianu) oraz kilku substancji żrących. Podczas przygotowania próbek należy stosować odpowiednią odzież i sprzęt ochronny (w tym fartuch laboratoryjny, rękawiczki, ochronę oczu oraz wyciąg laboratoryjny). Ponadto obszary laboratoryjne wykorzystywane do tych prac powinny być regularnie monitorowane pod kątem skażenia promieniotwórczego.
Uwaga: Potrzebne związki chemiczne wymieniono w Tabeli 1. Niniejsza receptura została opracowana na podstawie analizy wcześniej zgłoszonych danych składnikowych dla trinititu.10 Przedstawione tutaj ułamki masowe określono poprzez uśrednienie ułamków masowych dla kilku różnych próbek trinititu.10 „Brakująca” masa (ułamki nie sumują się do jedności) została uwzględniona, aby zapewnić pewną elastyczność podczas dodawania paliwa, tampera i innych składników. Nasza niezależna analiza kilku próbek trinititu sugeruje, że kwarc jest jedyną fazą mineralną występującą w triniticie.5 W związku z tym kwarc jest jedynym minerałem włączonym do naszej Standardowej Formuły Trinititu (STF). Chociaż w triniticie zgłaszano obecność reliktowych ziaren innych minerałów,11 stanowią one raczej wyjątek niż regułę. Zazwyczaj kwarc jest jedynym minerałem występującym w szkle stopowym.10,12 Ponadto piasek kwarcowy jest powszechnym składnikiem asfaltu i betonu, co będzie miało istotne znaczenie w procesie powstawania miejskiego nuklearnego szkła stopowego.
<table fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody >
		<tr height="41">
			<td colspan="2" height="41" style="height:42px;width:317px;">Średnie dane dla trynitytu</td>
			<td colspan="2" style="width:317px;">Standardowa formulacja trynitytu (STF)</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:159px;">Związek</td>
			<td style="width:159px;">Ułamek masowy</td>
			<td style="width:159px;">Związek</td>
			<td style="width:159px;">Ułamek masowy</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:159px;">SiO2</td>
			<td style="width:159px;">6.42x10-1</td>
			<td style="width:159px;">SiO2</td>
			<td style="width:159px;">6.42x10-1</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:159px;">Al2O3</td>
			<td style="width:159px;">1.43x10-1</td>
			<td style="width:159px;">Al2O3</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>
			<td style="width:159px;">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;">Na2O</td>
			<td style="width:159px;">1.25x10-2</td>
			<td style="width:159px;">Na2O</td>
			<td style="width:159px;">1.25x10-2</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:159px;">K2O</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>
			<td style="width:159px;">5.05x10-4</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:159px;">TiO2</td>
			<td style="width:159px;">4.27x10-3</td>
			<td style="width:159px;">TiO2</td>
			<td style="width:159px;">4.27x10-3</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:159px;">Suma</td>
			<td style="width:159px;">9.81x10-1</td>
			<td style="width:159px;">Suma</td>
			<td style="width:159px;">9.91x10-1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1. Lista związków chemicznych.
1. Przygotowanie STF
Uwaga: Wymagany sprzęt obejmuje mikrowagę, metalowe szpachelki, ceramicową moździerz z tłuczkiem, dygestorium chemiczne, rękawiczki lateksowe, fartuch laboratoryjny oraz ochronę oczu.
<ol>
	<li>Mieszanie składników nieradioaktywnych
	<ol>
		<li>Przygotować co najmniej 65 g piasku kwarcowego (SiO2), 15 g proszku Al2O3, 10 g proszku CaO, 2 g proszku FeO, 2 g proszku MgO, 2 g proszku Na2O, 7 g granulek KOH, 1 g proszku MnO oraz 1 g proszku TiO2 (związki wymienione w Tabeli 1).</li>
		<li>Używając mikrowagi i małej szpatułki, precyzyjnie odważyć frakcje masowe każdego związku zgodnie z Tabelą 1. Dla uzyskania najlepszych rezultatów należy jednorazowo przygotować 100 g nieradioaktywnej matrycy prekursorowej.</li>
		<li>Za pomocą moździerza i tłuczka sproszkować (do granul o wielkości ~10-20 µm) i dokładnie wymieszać związki, tworząc jednorodną mieszaninę proszków zawierającą 64,2 g SiO2, 14,2 g Al2O3, 9,64 g CaO, 1,97 g FeO, 1,15 g MgO, 1,25 g Na2O, 6,12 g KOH, 0,0505 g MnO oraz 0,427 g TiO2.</li>
		<li>Wymieszać mieszaninę za pomocą mieszadła kulowego krótko przed przystąpieniem do następnego kroku.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Mieszanie STF z heksahydratem azotanu uranu (UNH)
	<ol>
		<li>Przygotować co najmniej 1 g UNH.</li>
		<li>W dygestorium sproszkować kilka kryształów UNH (używając moździerza i tłuczka), aby uzyskać drobny proszek o wielkości granulek 1-2 µm.</li>
		<li>Dodać 33,75 µg UNH na gram nieradioaktywnej matrycy prekursorowej (stosunek ten jest odpowiedni do symulacji prostej broni o mocy 1 kilotony).13</li>
		<li>Dokładnie wymieszać mieszaninę proszków, w tym UNH, używając moździerza i tłuczka. Końcowe mieszanie należy przeprowadzić krótko przed etapem topnienia.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie 1-gramowej próbki szkła stopionego
Uwaga: Wymagany sprzęt obejmuje piec wysokotemperaturowy (HTF) o maksymalnej temperaturze 1 600 °C lub wyższej, tygle grafitowe o wysokiej czystości, długie kleszcze do tygli ze stali nierdzewnej, rękawice odporne na wysoką temperaturę oraz ochronę oczu. Rękawice odporne na temperaturę i środki ochrony oczu należy nosić podczas wprowadzania lub wyjmowania próbek z pieca. Przydatne są przyciemniane okulary ochronne (lub przeciwsłoneczne), ponieważ redukują one odblaski z wnętrza pieca.
<ol>
	<li>Przygotowanie próbki nieradioaktywnej
	<ol>
		<li>Napełnić grubą ceramiczną miskę (np. moździerz) ok. 100 g czystego piasku kwarcowego i przechowywać w RT w pobliżu pieca, w którym będą topione próbki.</li>
		<li>Rozgrzać HTF do 1 500 °C.</li>
		<li>Starannie odważyć 1,00 g nieradioaktywnej mieszaniny proszków i umieścić proszek w tyglu grafitowym o wysokiej czystości.</li>
		<li>Ostrożnie umieścić tygiel w rozgrzanym HTF (używając długich stalowych kleszczy do tygli) i topić mieszaninę przez 30 min.</li>
		<li>Wyjąć próbkę (ponownie za pomocą kleszczy) i wylać stopioną próbkę do moździerza wypełnionego piaskiem.</li>
		<li>Pozostawić szklaną kuleczkę do ochłonięcia przez 1-2 min przed manipulacją.</li>
		<li>Wypolerować kuleczkę, aby usunąć pozostałości piasku (jeśli jest to konieczne).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie próbki radioaktywnej
	<ol>
		<li>Powtórzyć kroki 2.1.1 oraz 2.1.2 opisane powyżej.</li>
		<li>Starannie odważyć 1,00 g radioaktywnej mieszaniny proszków (zawierającej UNH) i umieścić proszek w tyglu grafitowym o wysokiej czystości, używając oddzielnej szpatułki i mikrobalansu, aby uniknąć kontaminacji krzyżowej.</li>
		<li>Powtórzyć kroki 2.1.4 - 2.1.6 opisane powyżej.</li>
		<li>Monitorować obszar wokół pieca (używając przenośnego detektora promieniowania i/lub testów wymazowych), aby sprawdzić obecność skażenia radioaktywnego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Aktywacja próbki
Uwaga: Poniższe równania zostały wyprowadzone przy założeniu użycia metalicznego uranu klasy wojskowej (wzbogaconego). Ilości UNH lub tlenku uranu będą wymagały przeskalowania zgodnie z ułamkiem masy uranu pierwiastkowego oraz stopniem wzbogacenia w 235U.
<ol>
	<li>Aktywacja próbki szkła stopionego z paliwem uranowym
	<ol>
		<li>Obliczyć ułamek masy metalicznego uranu wymaganego dla próbki, korzystając z poniższego równania13 (gdzie mU oznacza ułamek masy uranu, a Y oznacza wydajność broni): 
		<img alt="Równanie do obliczania \(m_u\) ze wzorem dzielenia; badania, koncepcja matematyczna." src="/files/ftp_upload/53473/53473eq1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 1"></li>
		<li>Opcjonalnie: Obliczyć ułamek masy tamponu (np. naturalnego uranu, ołowiu, wolframu), korzystając z poniższego równania:13 
		<img alt="Równanie równowagi statycznej: m_Tamp = (3.2 × 10^-4) / Y; wzór z dziedziny fizyki." src="/files/ftp_upload/53473/53473eq2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 2"></li>
		<li>Obliczyć docelową liczbę rozszczepień w próbce, korzystając z następującego równania13, gdzie Ms oznacza masę próbki w gramach, a Nf liczbę rozszczepień powstałych w próbce podczas naświetlania: 
		<img alt="Równanie równowagi statycznej dla liczby rozszczepień na gram szkła stopionego; reprezentacja wzoru." src="/files/ftp_upload/53473/53473eq3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 3"></li>
		<li>Obliczyć wymagany czas naświetlania za pomocą poniższego równania13, gdzie m235 oznacza ułamek masy 235U (poziom wzbogacenia), a tirr to czas naświetlania w sekundach: 
		<img alt="Fizyka jądrowa, wzór na czas naświetlania, analiza równania, interpretacja danych naukowych." src="/files/ftp_upload/53473/53473eq4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 4"></li>
		<li>Naświetlać próbkę przez tirr sekund przy strumieniu neutronów termicznych o wartości 4,0 x 1014 n/cm2/sek. Na przykład, 60-sekundowe naświetlanie w rurce pneumatycznej 1 (PT-1) w HFIR (przy stosunku termicznym do rezonansowego wynoszącym 35) wywoła około 1,1 x 1011 rozszczepień w próbce zawierającej 870 µg UNH (co odpowiada 410 µg uranu naturalnego lub 3,0 µg 235U). Zostało to wykonane dla jednej szklanej kuleczki o masie 0,433 g, zaprojektowanej tak, aby symulować próbkę szkła stopionego powstałego w wyniku wybuchu broni o wydajności 0,1 kilotony. Próbka ta została dokładnie przeanalizowana przez Cook et al.14</li>
		<li>Stosować odpowiednie protokoły bezpieczeństwa dotyczące obchodzenia się z próbką promieniotwórczą po naświetlaniu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Aktywacja próbki szkła stopionego z paliwem plutonowym (czynniki planistyczne)
	<ol>
		<li>Obliczyć ułamek masy metalicznego plutonu wymaganego dla próbki, korzystając z poniższego równania13, gdzie mPu oznacza ułamek masy plutonu, a Y wydajność broni: 
		<img alt="Równanie do obliczania \( m_{pu} \), ilustracja wzoru matematycznego ze zmienną \( Y \)." src="/files/ftp_upload/53473/53473eq5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Równanie 5"></li>
		<li>Powtórzyć kroki 3.1.2 i 3.1.3 opisane powyżej.</li>
		<li>Wyznaczyć czas naświetlania wymagany do uzyskania pożądanej liczby rozszczepień w próbce szkła stopionego. Czas ten będzie zależeć od składu i stopnia wzbogacenia plutonu oraz widma energii neutronów.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
Uwaga: Należy zachować szczególną ostrożność podczas pracy z plutonem i wymagana będzie dodatkowa analiza. W momencie sporządzania niniejszego tekstu w syntetycznych próbkach szkła stopowego wytworzonych w UT i napromieniowanych w HFIR stosowano wyłącznie uran.

<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>

Prace te zostały wykonane w ramach grantu nr DE-NA0001983 z programu Stewardship Science Academic Alliances (SSAA) Narodowej Administracji Bezpieczeństwa Jądrowego (NNSA).

Uwaga dotycząca kroków 1.2.2 i 1.2.3: Dokładna ilość UNH będzie się różnić w zależności od symulowanego scenariusza. Wzory planistyczne opracowane przez Giminaro i wsp. mogą być wykorzystane do wyboru odpowiedniej masy uranu dla danej próbki13, jak omówiono w sekcji "Aktywacja próbki" niniejszego artykułu. Tlenek uranu (UO2 lubU3O8) może być również stosowany zamiast UNH, jeśli jest dostępny, i należy wziąć pod uwagę udział masowy 235U w związku (niezależnie...

Obawy dotyczące potencjalnego złośliwego użycia broni jądrowej przez terrorystów lub państwa zbójeckie podkreśliły znaczenie analizy kryminalistycznej dla celów atrybucji. 1 Techniki szybkiej analizy po detonacji są pożądane w celu maksymalnego skrócenia czasu atrybucji. Opracowanie i walidacja takich technik wymaga realistycznych próbek szczątków jądrowych do testów. Próby jądrowe nie odbywają się już w Stanach Zjednoczonych, a szczątki powierzchni jądrowej z epoki prób nie są łatwo dostępne (z wyjątkiem trynitytu - stopionego szkła powstałego w wyniku pierwszej próby jądrowej na stanowisku Trinity) i dlatego potrzebne są realistyczne szczątki zastępcze. 
Głównym celem opisanej tutaj metody jest produkcja realistycznych zastępczych szczątków jądrowych podobnych do trinitite. Próbki syntetycznego szkła ze stopu jądrowego, które są łatwo dostępne dla społeczności akademickiej, mogą być wykorzystane do testowania istniejących technik analizy i opracowywania nowych metod, takich jak chromatografia termiczna do szybkiej analizy po detonacji. 2 Mając to na uwadze, obecne badania koncentrują się na wytworzeniu próbek, które naśladują trynityt, ale nie zawierają żadnych wrażliwych informacji o projekcie broni. Składniki paliwa i sabotażu w tych próbkach są całkowicie ogólne, a porównanie z trynitytem opiera się na chemii, morfologii i cechach fizycznych. Podobieństwa między trynitytem a syntetycznym szkłem ze stopu jądrowego wyprodukowanym w tym badaniu zostały już wcześniej omówione. 3
Celem tego artykułu jest nakreślenie szczegółów procesu produkcyjnego stosowanego na Uniwersytecie Tennessee (UT). Ten proces produkcyjny został opracowany z myślą o dwóch kluczowych parametrach: 1) składzie materiału wbudowanego w szkło do stopu jądrowego oraz 2) temperaturze topnienia materiału. Istnieją metody szacowania temperatury topnienia sieci formowania szkła4 i techniki te zostały tutaj zastosowane, wraz z dodatkowymi eksperymentami w celu określenia optymalnej temperatury przetwarzania dla matrycy trynitu. 5
Alternatywne metody produkcji zastępczych śmieci zostały ostatnio opublikowane. Zastosowanie laserów dużej mocy ma tę zaletę, że wytwarza wystarczająco wysokie temperatury, aby spowodować frakcjonowanie pierwiastków w matrycy docelowej. 6 Porowate podłoża chromatograficzne zostały użyte do wytworzenia małych cząstek podobnych do cząstek opadu przy użyciu metod fazy skondensowanej7. Ta ostatnia metoda jest najbardziej przydatna do wytwarzania pyłów zawieszonych (opad jądrowy) i została zademonstrowana w przypadku metali naturalnych. Zalety przedstawionej tutaj metody to 1) prostota, 2) odtwarzalność i 3) skalowalność (rozmiary próbek mogą wahać się od maleńkich kulek do dużych kawałków stopionego szkła). Ponadto metoda ta jest rozszerzalna zarówno pod względem wydajności produkcji, jak i różnorodności scenariuszy wybuchowych, a także została już zademonstrowana przy użyciu materiałów radioaktywnych. Próbka została pomyślnie aktywowana w reaktorze izotopowym o wysokim strumieniu (HFIR) w Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Naturalne związki uranu zostały dodane do matrycy przed stopieniem, a produkty rozszczepienia wyprodukowano in situ przez napromieniowanie neutronami. 
Metody stosowane w przemyśle szklarskim oraz te stosowane w celu immobilizacji odpadów radioaktywnych8 były konsultowane przy opracowywaniu przedstawionej tutaj metody. Unikalne efekty promieniowania w okularach są nieodłącznie interesujące9 i będą stanowić ważny obszar badań w miarę dalszego rozwoju tej metody. 
Metoda opisana poniżej jest odpowiednia dla każdego zastosowania, w którym pożądana jest próbka stopionego szkła. Próbki te najbardziej przypominają materiał znaleziony w pobliżu epicentrum eksplozji jądrowej. Można wytwarzać próbki o różnych rozmiarach, jednak metody wykorzystujące palniki plazmowe lub lasery będą bardziej przydatne do symulacji drobnych cząstek stałych. Ponadto komercyjne HTF nie osiągają wystarczająco wysokich temperatur, aby spowodować frakcjonowanie pierwiastkowe dla szerokiego zakresu pierwiastków. Metoda ta powinna być stosowana, gdy cechy fizyczne i morfologiczne mają pierwszorzędne znaczenie.

<table><tbody><tr><td>Piec wysokotemperaturowy (HTF)</td><td>Carbolite</td><td>HTF 18</td><td>1,800 &#176; C HTF używany do topienia próbek</td></tr><tr><td>Wysokotemperaturowy piec kroplowy</td><td>CM Inc.</td><td>1706 BL</td><td>1,700 &#176; C Piec kroplowy używany do topienia próbek</td></tr><tr><td>Tygle grafitowe</td><td>SCP Science</td><td>040-060-041</td><td>27 ml tygle grafitowe o wysokiej czystości (10 sztuk)</td></tr><tr><td>Szczypce do tygli</td><td>Grainger</td><td>5ZPV0</td><td>26 cali, szczypce ze stali nierdzewnej do obsługi tygli</td></tr><tr><td>Rękawice żaroodporne</td><td>Grainger</td><td>8814-09</td><td>Rękawice używane do ochrony rąk przed gorącem podczas wprowadzania/wyjmowania próbki</td></tr><tr><td>Zaprawa i Tłuczek</td><td>Fisherbrand</td><td>S337631</td><td>300 ml, Moździerz ceramiczny i tłuczek do pudrowania i mieszania</td></tr><tr><td>Micro Balance</td><td>Grainger</td><td>8NJG2</td><td>220 g Nasadka, precyzyjna skala do pomiaru masy proszku</td></tr><tr><td>Szpatułki</td><td>Fisherbrand</td><td>14374</td><td>Metalowe szpatułki do odmierzania małych ilości proszku</td></tr><tr><td>SiO2</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>274739-5KG</td><td>Piasek kwarcowy&nbsp; Numer CAS: 14808-60-7</td></tr><tr><td>Al2O3</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>11028-1KG</td><td>Proszek tlenku glinu&nbsp; Numer CAS: 1344-28-1</td></tr><tr><td>CaO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12047-2.5KG</td><td>Tlenek wapnia w proszku&nbsp; Numer CAS: 1305-78-8</td></tr><tr><td>FeO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>400866-25G</td><td>Tlenek żelaza w proszku&nbsp; Numer CAS: 1345-25-1</td></tr><tr><td>MgO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>342793-250G</td><td>Tlenek magnezu w proszku&nbsp; Numer CAS: 1309-48-4</td></tr><tr><td>Na2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>36712-25G</td><td>Tlenek sodu w proszku&nbsp; Numer CAS: 1313-59-3</td></tr><tr><td>KOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>278904-250G</td><td>Granulki wodorotlenku potasu&nbsp; Numer CAS: 12030-88-5</td></tr><tr><td>MnO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>377201-500G</td><td>Tlenek manganu w proszku&nbsp; Numer CAS: 1344-43-0</td></tr><tr><td>TiO2</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>791326-5G</td><td>Koraliki z tlenku tytanu&nbsp; Numer CAS: 12188-41-9</td></tr></tbody></table>

produkcja syntetycznego szkła ze stopu jądrowego

Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

Realistyczne zastępcze szczątki nuklearne są potrzebne w społeczności kryminalistyki nuklearnej do testowania i walidacji technik analizy po detonacji. W tym miejscu przedstawiamy nowatorski proces wytwarzania masowych odpadów powierzchniowych za pomocą pieca wysokotemperaturowego. Materiał opracowany w tym badaniu jest fizycznie i chemicznie podobny do trynitytu (stopionego szkła wytwarzanego w pierwszej próbie jądrowej). Zakłada się, że to syntetyczne szkło ze stopu jądrowego jest podobne do zeszklonego materiału wytwarzanego w pobliżu epicentrum (strefy zero) każdej powierzchniowej detonacji jądrowej w środowisku pustynnym. Opisany tutaj proces można zastosować do produkcji innych rodzajów szkła ze stopu jądrowego, w tym tego, które może powstać w środowisku miejskim. Można to osiągnąć po prostu modyfikując matrycę prekursora, do której stosuje się ten proces produkcyjny. Stopione szkło wytworzone w tym badaniu zostało przeanalizowane i porównane z trynitytem, ujawniając porównywalną morfologię krystaliczną, strukturę fizyczną, frakcję pustą i skład chemiczny.

Próbki nieradiacyjne wytworzone w niniejszym badaniu porównano z trynitytem, a Rysunki 1-3 pokazują, że właściwości fizyczne i morfologia są rzeczywiście podobne. Rysunek 1 przedstawia fotografie ujawniające podobieństwa w kolorze i teksturze obserwowane na poziomie makroskopowym. Rysunek 2 prezentuje obrazy z elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM) uzyskane za pomocą detektora elektronów wtórnych (SE), które ukazują podobne cechy na poziomie mikronowym. Analizę SEM ...

Przedstawiono protokół produkcji syntetycznego szkła do stopu jądrowego, podobnego do trynitu.

Produkcja syntetycznego szkła ze stopu jądrowego

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wytworzenie surrogate nuclear melt glass (szkła zastępczego z przetopów jądrowych), aby przygotować materiały, które mogą służyć jako wzorce dla społeczności zajmującej się kryminalistyką jądrową. Metoda zaprezentowana dzisiaj może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie kryminalistyki jądrowej, takie jak wyzwania związane z analizą szkła z przetopów jądrowych oraz efekty zakłócające techniki spektrometrii mas. Główną wadą tej techniki jest to, że nie pozwala ona na symulację ciśnień występujących podczas detonacji broni jądrowej.W dzisiejszym filmie zobaczą Państwo moich studentów studiów doktoranckich, Andrew Giminaro i Jonathana Gilla, podczas prezentacji sposobu otrzymywania syntetycznego szkła z przetopów jądra reaktora. Najpierw należy przygotować wymagane ilości piasku kwarcowego oraz dodatkowych składników, zgodnie z instrukcjami zawartymi w protokole tekstowym. Do precyzyjnego odważenia ułamków masowych każdego z wymienionych tutaj związków należy użyć mikrowagi i małej szpatułki.Następnie za pomocą moździerza i tłuczka sproszkuj i dokładnie wymieszaj związki, tworząc jednorodną mieszaninę proszków. Bezpośrednio przed kolejnym krokiem wymieszaj zawartość w mieszalniku kulowym. Następnie pobierz kilka średniej wielkości kryształów UNH.Wewnątrz dygestorium rozetrzeć kryształy UNH za pomocą moździerza i tłuczka, aby uzyskać drobny proszek o wielkości ziaren od jednego do dwóch mikronów. Dodać 33,75 µg UNH na gram nieradioaktywnej matrycy prekursorowej. Dokładnie wymieszać mieszaninę proszków, w tym UNH, używając moździerza i tłuczka.W tym momencie należy napełnić grubą ceramiczną miskę, np. moździerz, około 100 gramami czystego piasku kwarcowego i przechowywać go w temperaturze pokojowej w pobliżu pieca, w którym będą topione próbki. Rozgrzać piec wysokotemperaturowy do 1 500 °C. Po dokładnym odważeniu jednego grama radioaktywnej mieszaniny proszkowej, umieścić ją w tyglu grafitowym o wysokiej czystości.Następnie, za pomocą długich stalowych szczypiec do tygli, ostrożnie umieść tygiel w rozgrzanym piecu wysokotemperaturowym. Po 30 minutach topienia mieszaniny wyjmij ją z pieca i wlej do moździerza wypełnionego piaskiem. Zdjęcia ujawniają podobieństwa w kolorze i teksturze nieaktywnych promieniotwórczo próbek oraz trynitytu wytworzonego w niniejszym badaniu, które są obserwowane na poziomie makroskopowym.Przedstawiono tutaj obrazy z detektora elektronów wtórnych z mikroskopu elektronowego skaningowego, które ukazują podobne cechy na poziomie mikronowym. Obserwuje się liczne pustki, a defekty i heterogeniczność są podobne zarówno w triniticie, jak i w próbkach syntetycznych. Poniżej pokazano porównanie widm dyfrakcji rentgenowskiej proszku dla trinititu oraz próbek syntetycznych.Kwarc jest jedynym minerałem obecnym w obu przypadkach, a intensywności pików są podobne, co sugeruje porównywalny stopień amorficzności. Po opanowaniu techniki, prawidłowo przeprowadzona analiza zajmuje cztery godziny. Podczas wykonywania tej metody należy zachować szczególną ostrożność ze względu na wysokie temperatury stosowane w tej procedurze.Po przeprowadzeniu tej procedury można zastosować inne metody, takie jak opracowanie miejskiego szkła przetopowego, w celu udzielenia odpowiedzi na dodatkowe pytania, np. dotyczące różnic w morfologii i charakterystyce miast. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę badaczom z zakresu kryminalistyki nuklearnej do zbadania potencjalnych braków oraz technik analitycznych niezbędnych do przeprowadzenia analizy szczątków po detonacji. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać dobrą wiedzę na temat tego, jak wytwarzać i analizować surrogate nuclear debris, który ściśle przypomina szczątki znalezione po próbie Trinity.Praca z piecami wysokotemperaturowymi może być niezwykle niebezpieczna, dlatego podczas wykonywania tej metody należy zawsze przestrzegać środków ostrożności, takich jak noszenie odpowiednich okularów ochronnych oraz osobistego sprzętu ochrony indywidualnej przystosowanego do wysokich temperatur.

production-of-synthetic-nuclear-melt-glass

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiamy wysokotemperaturową syntezę prekursorów intermetalicznych K4Ge9, ich rozpuszczanie w etylenodiaminie w celu otrzymania deltaedrycznych jonów Zintla Ge94- oraz reakcję klastrów z alkinami w celu otrzymania organojonów Zintla. Te ostatnie zostały scharakteryzowane za pomocą spektrometrii mas z jonizacją przez elektroryś w roztworach oraz za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej na monokryształach w stanie stałym.

Synteza dziewięcioatomowych deltaedralnych jonów Zintla germanu oraz ich funkcjonalizacja grupami organicznymi

Pośrednia metoda wytwarzania przyrostowego, łącząca drukowanie 3D polimerów z odlewaniem odśrodkowym, jest opisana do produkcji metali kratownicowych 3D (stopy Al i Cu) o długości komórki elementarnej 5 mm i grubości ścianki 0,5 mm.

Pośrednie wytwarzanie metali kratowych o cienkich przekrojach przy użyciu odlewania odśrodkowego

Prezentujemy eksperymenty, w których prawdziwe paliwo jądrowe, obudowy i materiały zabezpieczające są podgrzewane laserowo do temperatur powyżej 3 000 K, podczas gdy ich zachowanie jest badane za pomocą spektroskopii radiancji i analizy termicznej. Eksperymenty te symulują, w skali laboratoryjnej, powstawanie fazy lawy po stopieniu rdzenia reaktora jądrowego.

Laserowa spektrometria nagrzewania i promieniowania do badania materiałów jądrowych w warunkach symulujących awarię elektrowni jądrowej

Ten manuskrypt proponuje metodę miękkiej chemii do syntezy superhydrofobowych, powlekanych TiO 2 pustych szklanych mikrosfer (HGM) o wysokich właściwościach odbijających promieniowanie podczerwone.

Puste szklane mikrosfery z powłoką TiO2 o właściwościach superhydrofobowych i wysokich właściwościach odbijających promieniowanie podczerwone, zsyntetyzowane metodą miękkiej chemii

Ten protokół opisuje wytwarzanie powierzchni szklanych o jakości optycznej, zaadsorbowanych związkami zawierającymi długołańcuchowe węglowodory, które mogą być używane do monitorowania fuzji makrofagów żywych próbek i umożliwiają super-rozdzielczość mikroskopii utrwalonych próbek.

Wytwarzanie powierzchni szklanych o jakości optycznej do badania fuzji makrofagów

Tutaj prezentujemy protokół opisujący badania ex situ i in situ przemian strukturalnych w szkłach metalowych. Zastosowaliśmy metody analityczne oparte na jądrze, które badają oddziaływania nadsubtelne. Wykazujemy możliwość zastosowania spektrometrii Mössbauera i jądrowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego do przodu podczas eksperymentów opartych na temperaturze.

Metody badań przemian strukturalnych ex situ i in situ: przypadek krystalizacji szkieł metalicznych

Kluczowe procedury optymalizacji procesu uszczelniania i monitorowania struktury uszczelnienia metal-szkło (MTGS) w czasie rzeczywistym są szczegółowo opisane. Wbudowany czujnik światłowodowej siatki Bragga (FBG) został zaprojektowany w celu monitorowania online temperatury i wysokiego poziomu naprężeń szczątkowych w MTGS przy jednoczesnym monitorowaniu ciśnienia w środowisku.

Zoptymalizowany proces uszczelniania i monitorowanie w czasie rzeczywistym struktur uszczelniających szkło-metal

Tutaj prezentujemy protokół syntezy dwóch typów kryształów UTe2: tych wykazujących silne nadprzewodnictwo, poprzez syntezę chemicznego transportu pary, oraz tych pozbawionych nadprzewodnictwa, poprzez syntezę strumienia stopionego metalu.

Porównanie dwóch różnych metod syntezy monokryształów nadprzewodzącego dwutellurku uranu

Przedstawiono protokół syntezy trwałych nanomateriałów luminescencyjnych (PLNP) i ich potencjalnych zastosowań w wyświetlaczach wielokrotnego zapisu i przetwarzaniu artystycznym wykorzystującym efekt poświaty pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (365 nm).

Synteza trwałych nanocząstek luminescencyjnych do wyświetlaczy wielokrotnego zapisu i zastosowań oświetleniowych

Spektroskopia Ramana w komórkach płynnych (FCRS) umożliwia operandowe obserwacje zjawisk reakcji i transportu podczas wodnej korozji szkieł krzemianowych na poziomie mikroskopowym, w podwyższonych temperaturach i w czasie rzeczywistym. Nie przerywając zachodzących procesów, FCRS dostarcza informacji o mechanizmach reakcji, kinetyce i procesach transportu.

Spektroskopia Ramana w komórkach płynnych do badań operando zjawisk reakcji i transportu podczas korozji szkła krzemianowego

Poznaj metodę syntezy szkła jądrowego do badań kryminalistycznych w dziedzinie jądrowej. Protokół umożliwia produkcję materiałów wzorcowych do analizy spektrometrycznej szkła stopionego.

Produkcja syntetycznego szkła ze stopu jądrowego

Przeglądaj więcej filmów