2022-07-21 アメリカ・ローレンスリバモア国立研究所(LLNL)
2020年10月から約1年半にわたって行われたこのチームの実験作業は、核爆発後に環境中でどのようなウラン化合物が形成されるかを理解するのに役立てようとするものです。
研究者達は、実験において、冷却速度-同様に酸素の量-が、ウランが酸素と結合する方法に劇的に影響を与えることを発見しました。
最近の実験では、約1万度のプラズマからマイクロ秒（100万分の1秒）でウランが冷却されると、ミリ秒（1000分の1秒）で冷却された場合と比較して、化学的性質が大きく異なることが示された。
＜関連情報＞
- https://www.llnl.gov/news/oxygen-effects-uranium-tested
- https://www.nature.com/articles/s41598-022-07834-9
レーザーアブレーションされたウランのスペシエーションに及ぼす酸素濃度の影響 The effect of oxygen concentration on the speciation of laser ablated uranium
Mark A. Burton,Alex W. Auner,Jonathan C. Crowhurst,Peter S. Boone,Lauren A. Finney,David G. Weisz,Batikan Koroglu,Igor Jovanovic,Harry B. Radousky & Kim B. Knight
Scientific Reports Published:07 March 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-022-07834-9
Abstract
In order to model the fate and transport of particles following a nuclear explosion, there must first be an understanding of individual physical and chemical processes that affect particle formation. One interaction pertinent to fireball chemistry and resultant debris formation is that between uranium and oxygen. In this study, we use laser ablation of uranium metal in different concentrations of oxygen gas, either 16O2 or 18O2, to determine the influence of oxygen on rapidly cooling uranium. Analysis of recovered particulates using infrared absorption and Raman spectroscopies indicate that the micrometer-sized particulates are predominantly amorphous UOx (am-UOx, where 3 ≤ x ≤ 4) and UO2 after ablation in 1 atm of pure O2 and a 1% O2/Ar mixture, respectively. Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) of particulates formed in pure O2 suggest an O/U ratio of ~ 3.7, consistent with the vibrational spectroscopy analysis. Both am-UOx and UO2 particulates convert to α-U3O8 when heated. Lastly, experiments performed in 18O2 environments show the formation of 18O-substituted uranium oxides; vibrational frequencies for am-U18Ox are reported for the first time. When compared to literature, this work shows that cooling timescales can affect the structural composition of uranium oxides (i.e., crystalline vs. amorphous). This indicator can be used in current models of nuclear explosions to improve our predicative capabilities of chemical speciation.
