Lorsque de l'énergie est ajoutée à l'uranium sous pression, il crée une onde de choc, et même un petit échantillon sera vaporisé comme une petite explosion. En utilisant plus petit, explosions contrôlées, les physiciens peuvent tester à micro-échelle dans un environnement de laboratoire sûr ce qui ne pouvait auparavant être testé que dans de plus grandes, des expériences plus dangereuses avec des bombes.

"Dans notre cas, c'est le laser qui dépose de l'énergie dans une cible, mais vous obtenez la même formation et l'évolution en fonction du temps du plasma d'uranium, " a déclaré l'auteur Patrick Skrodzki. " Avec ces explosions à petite échelle dans le laboratoire, nous pouvons comprendre une physique similaire."

Dans une expérience récente, les scientifiques travaillant avec Skrodzki ont utilisé un laser pour enlever l'uranium atomique, voler ses électrons jusqu'à ce qu'il s'ionise et se transforme en plasma, tout en enregistrant les réactions chimiques pendant le refroidissement du plasma, espèces oxydées et formées d'uranium plus complexe. Leurs travaux placent les espèces d'uranium et les voies de réaction entre elles sur une carte de l'espace et du temps pour découvrir combien de nanosecondes elles mettent à se former et à quelle partie de l'évolution du plasma.

Dans leur papier, sorti cette semaine en Physique des plasmas , les auteurs ont découvert que l'uranium forme des molécules plus complexes, comme le monoxyde d'uranium, dioxyde d'uranium et autres, des combinaisons plus larges, car il se mélange avec différents pourcentages d'oxygène.

"Nous avons utilisé l'émission optique et examiné les états excités se désintégrant en états fondamentaux, mais ce n'est qu'une petite fraction de l'image, " a déclaré Skrodzki.

Uranium, avec ses 92 électrons et environ 1, 600 niveaux d'énergie, peut produire un spectre compliqué qui est difficile à déchiffrer, même avec la spectroscopie haute résolution. Dans le journal, les auteurs se sont concentrés sur une transition énergétique dans le plasma. Ils ont examiné de près la morphologie du panache de plasma, interactions collisionnelles avec diverses concentrations d'oxygène, et d'autres facteurs, comme le confinement du panache et les vitesses des particules, pour créer une image détaillée de l'évolution des espèces de l'uranium atomique à des oxydes d'uranium plus complexes.

Les données résultantes ont des implications pour les technologies qui utilisent des lasers pour sonder les matériaux et détailler leur composition élémentaire, comme le système de spectroscopie laser du rover Mars Curiosity. Il peut également être utilisé comme appareil portable pour vérifier la conformité au traité nucléaire en recherchant des preuves de la production d'uranium enrichi.

"Il y a encore tellement de travail à faire sur ce sujet, " Skrodzki a déclaré. "C'est une question scientifique, parce que personne ne sait rien de l'émission optique dans la région visible de ces oxydes supérieurs. Nous voulons essayer de fournir des données pour combler ces lacunes. »