Cientistas recriam nuvem nuclear e revelam que césio altera precipitação nuclear

Em menos de um milionésimo de segundo após uma detonação nuclear, uma nuvem de gás e plasma vaporiza tudo ao redor. Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), nos EUA, recriaram parte desse processo em laboratório para entender como as partículas da precipitação nuclear se formam.

Publicado na revista Analytical Chemistry, o estudo examinou a vaporização e condensação de urânio, cério e césio sob mudanças controladas de temperatura. Os resultados, conforme reportagem do portal Phys.org, mostram limitações nos modelos atuais que frequentemente ignoram interações químicas entre os elementos.

Rakia Dhaoui, cientista do LLNL e autora do estudo, explicou que a duração do material a altas temperaturas altera as reações químicas e a incorporação de elementos voláteis como o césio nas partículas. Ao substituir suposições por medições diretas, a pesquisa pode melhorar os modelos usados para interpretar detritos nucleares e apoiar decisões em emergências.

Utilizando um reator de fluxo de plasma, a equipe reproduziu a trajetória do vapor superaquecido enquanto ele esfria e condensa. O equipamento permite introduzir misturas específicas de materiais em um plasma de alta temperatura que os vaporiza, e então a mistura gasosa se move por um tubo com mudanças controladas de temperatura.

Os materiais enfrentaram dois cenários térmicos distintos: um com queda contínua de temperatura e outro com manutenção em alta temperatura por mais tempo antes do resfriamento rápido. Como o sistema opera continuamente, os pesquisadores puderam coletar amostras em diferentes pontos e rastrear a evolução das partículas.

Estudos históricos indicam que o caminho que os materiais percorrem durante o resfriamento é crucial, afirmou Dhaoui. A taxa de resfriamento e o tempo em temperatura elevada podem alterar a especiação química e a formação das partículas.

O urânio, menos volátil, condensou primeiro e serviu de referência. O cério, usado como substituto do plutônio, acompanhou de perto a condensação do urânio, mas a química de ambos mudou conforme o histórico térmico.

O césio se destacou por condensar muito mais tarde. Quando mantido em alta temperatura por mais tempo, ele se misturou muito mais intensamente com outros elementos, desafiando a premissa dos modelos atuais que tratam os materiais de forma independente.

Os resultados indicam que a formação da precipitação nuclear não depende apenas do momento em que cada elemento condensa, mas também de como eles interagem quimicamente durante o resfriamento. Muitos modelos existentes contabilizam apenas parcialmente essas reações.

Ao isolar o papel do histórico térmico em um sistema controlado, o trabalho fornece dados experimentais para testar e aprimorar modelos que há muito dependem de suposições simplificadas. Os pesquisadores planejam examinar misturas mais realistas para capturar a complexidade da precipitação nuclear no mundo real.

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