پژوهشگران آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور آمریکا در مطالعه‌ای شرایط حاکم بر کسری از ثانیه بعد از یک انفجار هسته‌ای یا حادثه بزرگ نیروگاه اتمی را همانند‌سازی کردند. در این چنین رویدادهایی، انرژی عظیم آزادشده محیط اطراف را به دماهای بسیار بالا می‌رساند و مواد اطراف همراه با هوا را به بخار و پلاسما تبدیل می‌کند. این توده داغ که به «آتش‌گوی هسته‌ای» معروف است، به شدت گسترش یافته و سپس با سرد شدن، ذرات جامد زیاد ریزی را راه اندازی می‌دهد که در نهایت به بارش رادیواکتیو تبدیل خواهد شد.

دانشمندان پافشاری می‌کنند شناخت دقیق نحوه شکل‌گیری این ذرات برای برسی خطرات هسته‌ای، مدیریت بحران و حتی بازسازی جزئیات حوادث اتمی اهمیت حیاتی دارد. به همین علت، تیم تحقیقاتی تلاش کرد حرکت سه عنصر مهم یعنی اورانیوم، سریم و سزیم را در جریان تبخیر، عکس العمل شیمیایی و سرد شدن بازدید کند.

برای انجام این آزمایش، پژوهشگران از یک راکتور اختصاصی پلاسما منفعت گیری کردند که می‌تواند بخشی از شرایط درون آتش‌گوی هسته‌ای را بازسازی کند. در این سامانه، مواد گوناگون ابتدا در دمای زیاد بالا تبخیر خواهد شد و سپس در مسیری کنترل‌شده سرد خواهد شد تا دانشمندان بتوانند روال شکل‌گیری ذرات را زیر نظر بگیرند.

تیم تحقیقاتی دو سناریوی متفاوت را آزمایش کرد. در یکی از آن‌ها دما به‌مرور زمان افت یافت، اما در سناریوی دیگر مواد برای زمان طویل‌تری در دمای بالا باقی ماندند و سپس به شدت سرد شدند. نتایج نشان داد همین تفاوت انگارً کوچک می‌تواند تأثیر چشمگیری بر عکس العمل‌های شیمیایی و ساختار نهایی ذرات رادیواکتیو داشته باشد.

بازدید‌ها نشان داد اورانیوم و سریم نسبتاً سریعتر متراکم خواهد شد، اما حرکت سزیم متفاوت است. این عنصر که فراریت بیشتری دارد، دیرتر به ذرات جامد تبدیل می‌شود و وقتی که زمان بیشتری در دمای بالا باقی بماند، زیاد زیاد تر از حد انتظار با دیگر مواد ترکیب می‌شود. این نوشته مشخص می کند که زمان و مسیر سرد شدن مواد نقش مهمی در ترکیب شیمیایی نهایی بارش رادیواکتیو دارند.

راکیا ضاوی، پژوهشگر این پروژه، می‌گوید: تحول زمان وقتی که مواد در دمای بالا باقی می‌همانند، می‌تواند عکس العمل‌های شیمیایی را تحول دهد و نحوه ورود عناصر فراری همانند سزیم به ذرات را تحت تأثیر قرار دهد. این ذرات در واقع تاریخچه شکل‌گیری خود را درونشان نگه داری می‌کنند.»

به حرف های پژوهشگران، تعداد بسیاری از مدل‌های جاری بارش هسته‌ای مواد گوناگون را تقریباً به‌صورت جدا گانه از یکدیگر در نظر می‌گیرند و نقش تعامل های شیمیایی بین آن‌ها را کمتر از حقیقت برآورد می‌کنند. اما یافته‌های تازه مشخص می کند این عکس العمل‌های متقابل می‌توانند نقش زیاد مهم‌تری در شکل‌گیری ذرات رادیواکتیو ایفا کنند.

دانشمندان امیدوارند داده‌های به‌دست‌آمده از این پژوهش به بهبود مدل‌های مورد منفعت گیری در تحلیل انفجارهای هسته‌ای و حوادث اتمی پشتیبانی کند. آن‌ها در مرحله سپس تصمیم دارند ترکیب‌های پیچیده‌تر و واقع‌بینانه‌تری از مواد را بازدید کنند تا تصویری دقیق‌تر از نحوه شکل‌گیری بارش رادیواکتیو در شرایط واقعی به دست آورند.

این مطالعه نه تنها پنجره‌ای تازه به یکی از مخوف‌ترین اتفاق‌های جهان باز کرده، بلکه می‌تواند ابزارهای مهم‌تری برای برسی خطرات هسته‌ای و مدیریت مشکلاتهای احتمالی در اختیار دانشمندان و مسئولان قرار دهد.