Pour comprendre la formation des retombées d'une explosion nucléaire, il est important d'examiner la phase gazeuse des oxydes métalliques dans l'appareil.

Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont développé un réacteur à flux de plasma pour simuler expérimentalement le refroidissement tardif des boules de feu post-détonation où la température descend en dessous de 10, 000 K. Ils étudient la formation de nanoparticules à partir d'atomes en phase gazeuse pour démêler les processus de fractionnement chimique que subissent l'uranium et d'autres éléments chimiques lors de la condensation en boule de feu. La recherche apparaît dans une édition récente de la revue Rapports scientifiques .

Les chercheurs espèrent mieux comprendre l'interconnexion entre les réactions chimiques et les processus microphysiques (par exemple, la nucléation, condensation, croissance, etc.) sur des échelles de temps pertinentes pour la formation des retombées.

"Nous avons montré un lien quantifiable entre la distribution de la taille des particules récupérées et la cinétique chimique en phase gazeuse, une considération qui est absente des modèles actuels de formation des retombées." dit Batikan Koroglu, Chercheur postdoctoral LLNL et auteur principal de l'article.

La formation de nanoparticules à partir de la phase gazeuse est un sujet important pour de nombreux domaines de la chimie et de la physique. La formation de particules à la suite d'une explosion nucléaire est un cas particulier impliquant la condensation rapide de matière à partir d'un état initial de plasma à haute température. Des études antérieures ont étudié des échantillons de débris nucléaires pour comprendre le devenir et le transport des matières post-détonation dans l'atmosphère. Cependant, l'interaction entre la thermodynamique d'équilibre, la cinétique chimique et la fugacité de l'oxygène (environnement local) sont encore inconnues pour l'uranium soumis à des conditions de températures extrêmes.

Le réacteur plasma de l'équipe leur a permis de suivre l'évolution chimique en phase gazeuse de trois types de métaux (fer, aluminium et uranium) conduisant à la formation de nanoparticules à l'aide de mesures de spectroscopie optique in-situ et de microscopie électronique ex-situ. Ces trois métaux ont été choisis car leurs oxydes présentent des volatilités très distinctes.

"La compréhension de la chimie en phase gazeuse des réactions de recombinaison est nécessaire pour décrire avec précision les schémas de condensation observés lors du refroidissement rapide d'une explosion nucléaire, " a déclaré Koroglu.