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激光产生的铀等离子体演变成更复杂的物种

当在压力下向铀中添加能量时,会产生冲击波,即使是微小的样品也会像小爆炸一样蒸发。通过使用较小的受控爆炸,物理学家可以在安全的实验室环境中进行微观测试,以前只能在更大,更危险的炸弹实验中进行测试。

“在我们的例子中,激光将能量注入到目标中,但是你获得了与铀等离子体相同的形成和时间依赖的演化,”作者Patrick Skrodzki说。“通过实验室中的这些小规模爆炸,我们可以理解类似的物理学。”

在最近的一项实验中,与Skrodzki合作的科学家使用激光烧蚀原子铀,窃取其电子直至电离并转向等离子体,同时记录化学反应,同时等离子体冷却,氧化并形成更复杂的铀物种。他们的工作将铀物种和它们之间的反应途径放在空间和时间的地图上,以发现它们形成了多少纳秒,以及等离子体在哪一部分进化。

在本周发表于等离子体物理学的论文中,作者发现铀形成更复杂的分子,如一氧化铀,二氧化铀和其他更大的组合,因为它与不同百分比的氧气混合。

“我们使用光学发射,看着激发的状态衰退到基态,但这只是图片的一小部分,”Skrodzki说。

具有92个电子和大约1,600个能级的铀可以产生难以破译的复杂光谱,即使使用高分辨率光谱也是如此。在论文中,作者关注等离子体中的一种能量转换。他们仔细研究了等离子体羽流的形态,与各种氧浓度的碰撞相互作用,以及其他因素,如羽流限制和粒子速度,以创建从原子铀到更复杂的铀氧化物物种演化的详细图景。

由此产生的数据对使用激光探测材料和详细描述其元素组成的技术有影响,例如Mars Curiosity漫游车上的激光光谱系统。它还可以用于便携式设备,通过测试浓缩铀生产的证据来验证核条约的合规性。

“在这个话题上还有很多工作要做,”Skrodzki说。“这是一个科学问题,因为没有人知道那些高氧化物在可见区域的光发射。我们希望提供数据来填补这些空白。”

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