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Experimentos do Laboratório Nacional Lawrence Livermore mostram que o tempo de exposição de materiais a altas temperaturas pode alterar a formação da precipitação radioativa, ao influenciar reações químicas entre urânio, cério e césio durante o resfriamento de uma bola de fogo nuclear.
Dados de um experimento com plasma indicam que a história de resfriamento dentro de uma bola de fogo nuclear pode mudar a composição da precipitação radioativa, especialmente quando elementos voláteis, como o césio, permanecem mais tempo em altas temperaturas.
Bola de fogo nuclear foi recriada em ambiente controlado
Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore investigaram como partículas radioativas se formam depois que materiais são vaporizados, reagem quimicamente e voltam a se condensar. O estudo foi publicado na revista Analytical Chemistry e analisou urânio, cério e césio.
A pesquisa buscou simular parte do ambiente interno de uma bola de fogo nuclear, fenômeno associado à detonação de uma arma nuclear ou a um grave acidente em reator. Nessas situações, uma liberação de energia ocorre em menos de um milionésimo de segundo.
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O calor extremo vaporiza o ar e materiais próximos, formando uma nuvem brilhante de gás e plasma. Conforme essa nuvem se expande, mistura-se à atmosfera, perde temperatura e condensa partículas sólidas, que compõem a precipitação radioativa.
Resfriamento alterou reações e partículas formadas
Para observar o processo, a equipe usou um reator de fluxo de plasma. Combinações específicas de materiais foram introduzidas em plasma de alta temperatura, vaporizadas e conduzidas por um tubo onde a queda térmica pôde ser controlada.
Os cientistas compararam duas histórias térmicas. Em uma, as temperaturas diminuíram gradualmente ao longo do tubo. Na outra, os materiais ficaram quentes por mais tempo antes de um resfriamento rápido. Amostras foram coletadas em diferentes pontos do sistema.
A cientista Rakia Dhaoui, autora do trabalho no LLNL, afirmou que mudar o tempo de exposição dos materiais a altas temperaturas pode modificar reações químicas e a incorporação de elementos voláteis às partículas. Para ela, essas partículas preservam registros do modo como se formaram.
Césio teve comportamento diferente do urânio e do cério
A escolha dos elementos permitiu comparar comportamentos distintos durante a condensação. O urânio, menos volátil, condensou no início do processo e serviu como referência. O cério, usado frequentemente como substituto do plutônio, apresentou condensação semelhante à do urânio.
Mesmo assim, urânio e cério tiveram alterações em sua composição química conforme o histórico térmico aplicado. O césio mostrou a principal diferença: condensou muito mais tarde e se misturou com intensidade maior ao urânio e ao cério quando ficou mais tempo em altas temperaturas.
Esse resultado indica que a precipitação radioativa não depende apenas do momento em que cada elemento condensa. As interações químicas entre materiais, durante a redução de temperatura, também podem influenciar as partículas finais.
Modelos de precipitação radioativa podem ser aprimorados
O trabalho sugere que modelos usados para interpretar detritos nucleares podem deixar de considerar interações químicas relevantes.
Muitos tratam materiais como se se comportassem de forma independente, o que representa apenas parcialmente algumas reações.
Ao isolar o efeito da história térmica, os pesquisadores obtiveram medições em sistema controlado para avaliar e aprimorar modelos antes baseados em simplificações. A equipe pretende estudar misturas mais realistas de materiais para entender melhor processos associados a eventos nucleares reais.
Mais informações sobre o estudo disponívies neste link.
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