Trinitite benzer sentetik nükleer eriyik cam üretimi için bir protokol sunulmuştur.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Trinitite benzer sentetik nükleer eriyik cam üretimi için bir protokol sunulmuştur.
Nükleer adli tıp topluluğu içinde patlama sonrası analiz tekniklerini test etmek ve doğrulamak için gerçekçi vekil nükleer enkazlara ihtiyaç vardır. Burada, yüksek sıcaklıkta bir fırın kullanarak dökme yüzey döküntüsü üretmek için yeni bir sürecin ana hatlarını çiziyoruz. Bu çalışmada geliştirilen malzeme, fiziksel ve kimyasal olarak trinitite (ilk nükleer test tarafından üretilen eriyik cam) benzer. Bu sentetik nükleer eriyik camın, bir çöl ortamındaki herhangi bir yüzey nükleer patlamasının merkez üssünün (sıfır noktası) yakınında üretilen vitrifiye malzemeye benzer olduğu varsayılmaktadır. Burada özetlenen işlem, kentsel bir ortamda oluşması muhtemel olanlar da dahil olmak üzere diğer nükleer eriyik cam türlerini üretmek için uygulanabilir. Bu, bu üretim işleminin uygulandığı öncü matrisi basitçe değiştirerek gerçekleştirilebilir. Bu çalışmada üretilen eriyik cam analiz edilmiş ve trinitit ile karşılaştırılmış, bu da karşılaştırılabilir bir kristal morfolojisi, fiziksel yapı, boşluk fraksiyonu ve kimyasal bileşim ortaya çıkarmıştır.
Nükleer silahların teröristler veya haydut ülkeler tarafından potansiyel olarak kötü niyetli kullanımına ilişkin endişeler, atıf amacıyla nükleer adli tıp analizinin önemini vurgulamıştır. 1 Atıf zaman çizelgesini mümkün olduğunca kısaltmak için hızlı patlama sonrası analiz teknikleri arzu edilir. Bu tür tekniklerin geliştirilmesi ve doğrulanması, test için gerçekçi nükleer enkaz örnekleri gerektirir. Nükleer testler artık Amerika Birleşik Devletleri'nde yapılmamaktadır ve test döneminden kalma nükleer yüzey kalıntıları hazır değildir (trinitit - trinity sahasındaki ilk nükleer test tarafından üretilen eriyik cam hariç) ve bu nedenle gerçekçi vekil enkaz gereklidir.
Burada açıklanan yöntemin birincil amacı, trinitite benzer gerçekçi vekil nükleer enkaz üretimidir. Akademik camianın kullanımına hazır olan sentetik nükleer eriyik cam numuneleri, mevcut analiz tekniklerini test etmek ve patlama sonrası hızlı analiz için termo-kromatografi gibi yeni yöntemler geliştirmek için kullanılabilir. 2 Bu amaç göz önünde bulundurularak, mevcut çalışma, trinititi taklit eden ancak herhangi bir hassas silah tasarım bilgisi içermeyen numuneler üretmeye odaklanmıştır. Bu numunelerdeki yakıt ve kurcalama bileşenleri tamamen jeneriktir ve trinitit ile karşılaştırma kimya, morfoloji ve fiziksel özelliklere dayanmaktadır. Trinitit ile bu çalışmada üretilen sentetik nükleer eriyik cam arasındaki benzerlikler daha önce tartışılmıştır. 3
Bu makalenin amacı, Tennessee Üniversitesi'nde (UT) kullanılan üretim sürecinin ayrıntılarını özetlemektir. Bu üretim süreci, iki temel parametre göz önünde bulundurularak geliştirilmiştir: 1) nükleer eriyik cama dahil edilen malzemenin bileşimi ve 2) malzemenin erime sıcaklığı. Cam şekillendirme ağlarının4 erime sıcaklığını tahmin etmek için yöntemler mevcuttur ve bu teknikler, trinitit matrisi için en uygun işlem sıcaklığını belirlemek için ek deneylerle birlikte burada kullanılmıştır. 5
Vekil enkaz üretimi için alternatif yöntemler yakın zamanda yayınlanmıştır. Yüksek güçlü lazerlerin kullanılması, hedef matris içinde elementel fraksiyonasyona neden olmak için yeterince yüksek sıcaklıklar oluşturma avantajına sahiptir. 6 Yoğunlaştırılmış faz yöntemleri7 kullanılarak serpinti parçacıklarına benzer küçük parçacıklar üretmek için gözenekli kromatografik substratlar kullanılmıştır. İkinci yöntem, partikül döküntü (nükleer serpinti) üretmek için en kullanışlıdır ve doğal metallerle gösterilmiştir. Burada sunulan yöntemin avantajları 1) basitlik, 2) tekrarlanabilirlik ve 3) ölçeklenebilirliktir (numune boyutları küçük boncuklardan büyük eriyik cam parçalarına kadar değişebilir). Ayrıca, bu yöntem hem üretim çıktısı hem de kapsanan çeşitli patlayıcı senaryolar açısından genişletilebilir ve radyoaktif malzemeler kullanılarak zaten gösterilmiştir. Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki (ORNL) Yüksek Akı İzotop Reaktöründe (HFIR) bir numune başarıyla etkinleştirildi. Eritmeden önce matrise doğal uranyum bileşikleri eklendi ve fisyon ürünleri nötron ışınlaması ile yerinde üretildi.
Burada sunulan yöntemin geliştirilmesinde cam yapım endüstrisindeki yöntemlere ve radyoaktif atık immobilizasyonu amacıyla kullanılan yöntemlere8 başvurulmuştur. Radyasyonun gözlüklerdeki benzersiz etkileri doğal bir ilgi alanıdır9 ve bu yöntem daha da geliştirildikçe önemli bir çalışma alanı oluşturacaktır.
Aşağıda açıklanan yöntem, yığın eriyik cam numunesinin istendiği herhangi bir uygulama için uygundur. Bu örnekler, nükleer bir patlamanın merkez üssünün yakınında bulunan malzemeye en çok benziyor. Çeşitli boyutlarda numuneler üretilebilir, ancak plazma meşaleleri veya lazerler kullanan yöntemler, ince partikül kalıntılarını simüle etmek için daha yararlı olacaktır. Ayrıca, ticari HTF'ler, çok çeşitli elementler için elementel fraksiyonasyona neden olacak kadar yüksek sıcaklıklara ulaşmazlar. Bu yöntem, fiziksel ve morfolojik özelliklerin birincil öneme sahip olduğu durumlarda kullanılmalıdır.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Dikkat: Burada özetlenen süreç radyoaktif madde kullanımını içerir (örneğin, Uranyum nitrat hegzahidrat) ve çeşitli korozif maddeler. Uygun koruyucu giysi ve ekipmanları numune hazırlama sırasında (bir laboratuvar önlüğü, eldiven, koruyucu gözlük ve davlumbaz dahil) kullanılmalıdır. Buna ek olarak, bu iş için kullanılan laboratuvar alanları radyoaktif kirlenme açısından düzenli olarak izlenmelidir.
Not:. Gerekli kimyasal bileşikler Tablo 1'de listelenmiştir Bu formülasyon trinitite için önceden inceleyerek kompozisyon verileri rapor geliştirilen belirlendi burada bildirilen 10 kütle fraksiyonları farklı trinitite örnekleri için kitle kesirler ortalayarak 10 "kayıp" kitle.. (fraksiyonlar birlik toplamı değil) yakıt, sabotaj ve diğer bileşenleri eklerken bazı esneklik sağlamak için vardır. Birkaç trinitite örneklerin Bağımsız analiz kuvars sadece mineral fazı olduğunu düşündürmektedirtrinitite hayatta kalma. 5. Bu nedenle, kuvars bizim Standart Trinitite Formülasyon (STF) dahil tek bir mineraldir. Diğer minerallerin kalıntı taneleri trinitite bildirilmiş olmakla birlikte, bu durum 11 yerine, bir kural olma eğilimindedir. Genel olarak, kuvars cam eriyik bulunan tek bir mineraldir. 10,12 Ayrıca, kuvars kumu, kentsel bir nükleer erimiş cam oluşumunda önemli olacaktır asfalt ve betonun bir sık rastlanan bir bileşenidir.
-4| Ortalamalı Trinitite Veri | Standart Trinitite Formülasyon (STF) | ||
| Bileşik | Kütle Fraksiyon | Bileşik | Kütle Fraksiyon |
| SiO 2 | 6.42x10 -1 | SiO 2 | 6.42x10 -1 |
| Al 2 O 3 | 1.43x10 -1 | Al 2 O 3 | 1.43x10 -1 |
| CaO | 9.64x10 -2 | CaO | 9.64x10 -2 |
| FeO | 1.97x10 -2 | 1.97x10 -2 | |
| MgO | 1.15x10 -2 | MgO | 1.15x10 -2 |
| Na 2 O | 1.25x10 -2 | Na 2 O | 1.25x10 -2 |
| K 2 O | 5.13x10 -2 | KOH | 6.12x10 -2 |
| MnO | 5.05x10 -4 | MnO | |
| TiO2 | 4.27x10 -3 | TiO2 | 4.27x10 -3 |
| Toplam | 9.81x10 -1 | Toplam | 9.91x10 -1 |
Kimyasal bileşiklerin Tablo 1.. Listesi.
STF 1. Hazırlık
Not: Gerekli Ekipmanlar bir mikroterazi, metal spatula, bir seramik havan, bir kimyasal davlumbaz, lateks eldiven, bir laboratuvar önlüğü ve göz koruması içerir.
1-gram Erime Cam Örneğinin 2. Üretim
Not: Gerekli Ekipmanlar 1.600 ° C veya daha yüksek, yüksek saflıkta grafit potalar, uzun paslanmaz çelik pota maşa, ısıya dayanıklı eldivenler ve göz koruması nominal bir HTF içerir. Tanıtan veya fırından örnekleri sökerken ısıya dayanıklı eldiven ve koruyucu gözlük takılmalıdır. Onlar fırından parlamayı azaltmak olarak Renkli güvenlik gözlükleri (ya da güneş gözlüğü) yararlıdır.
3. Numune Aktivasyon
Not: aşağıdaki denklemler silah notu (zenginleştirilmiş) uranyum metalinin kullanımını varsayılarak elde edilmiştir. UNH veya Uranyum Oksit miktarları element uranyum kütle oranı ve 235 U zenginleştirme derecesine göre ölçekli gerekecektir.




Not: gerekli olacak plütonyum ve ek analiz ile uğraşırken Büyük bir dikkatle alınmalıdır. Bu yazı gibi, sadece uranyum sentetik eriyik cam örneklerinin UT üretilen ve HFIR ışınlanmış kullanılır olmuştur.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışmada üretilen radyoaktif olmayan numuneler trinitite göre ve 1-3 fiziksel özellikleri ve morfolojisi gerçekten benzer olduğunu göstermektedir Rakamlar oylandı. 1 makroskopik düzeyde gözlenen renk ve doku benzerlikler ortaya fotoğrafları sağlar Şekil. Şekil 2 mikron seviyesinde benzer özellikler ortaya Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) İkincil Elektron (SE) görüntüleri gösterir. SEM analizi, bir SEM ve SEM yazılımı kullanılarak ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Adımlarla 1.2.2 ve 1.2.3 ilişkin Not: UNH tam miktarı senaryoya bağlı olarak değişecektir simüle ediliyor. Giminaro ve ark. Geliştirilirken formülleri, bu kağıt "Örnek aktivasyonu" bölümünde açıklandığı gibi, belirli bir örnek 13 için uranyum uygun kütleye seçmek için kullanılabilir. Ayrıca, uranyum oksit (UO 2 ya da U 3 O 8) varsa, UNH yerine kullanılır ve (UNH ya uranyum oksit olsun) dikkate alınması gereken bir bileşikte 235 U kütle fraksiyonu ...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışma, Ulusal Nükleer Güvenlik İdaresi'nin (NNSA) Yönetim Bilimi Akademik İttifakları (SSAA) Programından DE-NA0001983 hibe numarası altında gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışmanın bazı bölümleri daha önce Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry'de yayınlanmıştır. 3,13 Bu yöntem için patent beklenmektedir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Yüksek Sıcaklık Fırını (HTF) | Karbolit | HTF 18 | 1.800 & # 176; Numuneleri eritmek için kullanılan C HTF |
| Yüksek Sıcaklık Damla Fırını | CM Inc. | 1706 BL | 1.700 ° C Numuneleri eritmek için kullanılan Damla Fırın |
| Grafit Potalar | SCP Science | 040-060-041 | 27 ml yüksek saflıkta grafit potalar (10 paket) |
| Pota Maşası | Grainger | 5ZPV0 | 26 inç, potaları işlemek için paslanmaz çelik maşa |
| Isıya Dayanıklı Eldivenler | Grainger | 8814-09 | Numune girişi/çıkarılması sırasında elleri ısıdan korumak için kullanılan eldivenler |
| Harç & Pestle | Fisherbrand | S337631 | 300 ml, Toz haline getirme ve karıştırma için seramik havan ve havan tokmağı |
| Micro Balance | Grainger | 8NJG2 | 220 g Kapak, toz kütlesini ölçmek için yüksek hassasiyetli terazi |
| Spatulalar | Fisherbrand | 14374 | Küçük miktarlarda toz ölçmek için metal spatula |
| SiO2 | Sigma-Aldrich | 274739-5KG | Kuvars Kumu ve nbsp; CAS Numarası: 14808-60-7 |
| Al2O3 | Sigma-Aldrich | 11028-1KG | Alüminyum Oksit Tozu CAS Numarası: 1344-28-1 |
| CaO | Sigma-Aldrich | 12047-2.5KG | Kalsiyum Oksit Tozu CAS Numarası: 1305-78-8 |
| FeO | Sigma-Aldrich | 400866-25G | Demir Oksit Tozu CAS Numarası: 1345-25-1 |
| MgO | Sigma-Aldrich | 342793-250G | Magnezyum Oksit Tozu CAS Numarası: 1309-48-4 |
| Na2< / sub>O | Sigma-Aldrich | 36712-25G | Sodyum Oksit Tozu CAS Numarası: 1313-59-3 |
| KOH | Sigma-Aldrich | 278904-250G | Potasyum Hidroksit Peletleri CAS Numarası: 12030-88-5 |
| MnO | Sigma-Aldrich | 377201-500G | Manganez Oksit Tozu CAS Numarası: 1344-43-0 |
| TiO2< / sub> | Sigma-Aldrich | 791326-5G | Titanyum Oksit Boncuklar CAS Numarası: 12188-41-9 |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.