劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员已经开始开发一种技术，为研究核爆炸后放射性尘埃形成过程中复杂的物理和化学过程提供一种实用的方法。核爆后取证依赖于先进的分析技术和对核爆相关的物理化学过程的理解，以确定核爆装置的类型和核爆材料的来源。放射性尘埃是由爆炸后的冷却火球形成的物质，其中未燃烧的燃料、结构材料以及相关的裂变和活化产物与周围的环境物质(如水、尘埃和土壤)结合在一起。放射性尘埃可以记录化学、物理和同位素证据，显示与爆炸有关的物理条件和化学环境;然而，尽管进行了多年的研究，人们仍不清楚放射性尘埃的特征说明了其形成的基本化学和物理过程。
这些图像显示了劳伦斯利弗莫尔(Lawrence Livermore)科学家开发的一种技术，为研究核爆炸后放射性尘埃形成过程中复杂的物理和化学过程提供了一种实用的方法。(a)扫描透射电子显微镜图像显示(b)相应的选择区电子衍射图样(c)和(d)纳米晶体的x射线能谱元素图嵌入到玻璃上的纳米晶体。
博科园-科学科普：在2013年11月28日的《应用物理》期刊的封面上，实验室研究人员戴祖龙(Zurong Dai)、乔纳森·克鲁霍斯特(Jonathan Crowhurst)、克里斯蒂安·格兰特(Christian Grant)、金伯利·奈特(Kimberly Knight)、文森特·唐(Vincent Tang)、亚历山大·切尔诺夫(Alexander Chernov)、爱德华·库克(Edward Cook)、约翰·罗舍尔(Johann Lotscher)和伊恩·哈钦)发表了一篇论文：研究开始在实验上模拟和研究爆炸后碎片的形成，爆炸中含有铀的物质在高温下与环境发生相互作用。实验需要将材料的简单组合暴露在冷却火球的条件下，然后通过主要扫描和透射电子显微镜对回收材料进行详细的检查，研究小组使用小型电弧设备在空气中产生含铀的等离子体。
该装置的设计建立在由实验室科学家Jim McCarrick领导的上一个项目上，该项目开发了一种高度可重复的弧源，用于研究诸如闪电和静电放电等现象时的高能材料动力学。在这项工作中，电弧的寿命被延长到更接近形成沉降物的条件。研究小组发现，被回收的固体碎片主要是球状体，其大小、化学成分和内部结构都很广泛，这意味着这些碎片受到了被加热物质相互作用的环境的强烈影响。理论分析表明，在等离子体发生后，一种高温立即产生，产生瞬时的高压，导致等离子体在样品和周围的采集板之间的狭窄缝隙中形成激波。这些结果，再加上系统的紧凑规模和相对较低的成本，表明该技术将为研究含有光化素的材料在高温下与环境相互作用时发生的复杂的物理和化学过程提供一种实用的方法。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家们对核爆炸后放射性尘埃形成过程中复杂的物理和化学过程进行了研究，这一研究被作为《应用物理学》封面。
要了解核爆炸产生的沉降物，重要的是要观察装置内金属氧化物的气相。劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们已经开发出一种等离子流反应器，在实验上模拟了爆后火球的后期冷却过程，在那里温度降到10000 K以下。他们研究了从气相原子中生成的纳米颗粒的形成过程，以揭示化学分馏过程、铀和其他化学元素在火球凝结过程中所经历的过程，这项研究发表在最近一期的《科学报告》上。研究人员希望更好地理解化学反应和与沉降物形成相关的时间尺度上的微观物理过程(如成核、凝结、生长等)之间的相互作用。展示了恢复的颗粒大小分布和气相化学动力学之间的可量化联系，这是目前放射性尘埃形成模型中所没有的考虑。
利用劳伦斯利弗莫尔国家实验室最近开发的实验装置，回收了空气动力学上所青睐的完美球形铁和氧化铝冷凝物，铀氧化物颗粒表现出不规则特征。劳伦斯利弗莫尔的科学家们正在受控条件下创造这些粒子，以发展出对核爆炸如何形成的初步理解。图片：Lawrence Livermore National Laborato
气相纳米颗粒的形成是化学和物理领域的一个重要课题。核爆炸后微粒的形成是一种特殊的情况，涉及材料从初始高温等离子态快速凝结。过去的研究调查了核碎片样本，以了解爆炸后材料在大气中的命运和运输。然而，铀在极端温度条件下的平衡热力学、化学动力学和氧逸度(局部环境)之间的相互作用尚不清楚。该团队的等离子体流反应器允许他们监测三种金属(铁、铝和铀)的气相化学演化，利用原位光学光谱学和离地电子显微镜测量，形成纳米颗粒。之所以选择这三种金属，是因为它们的氧化物具有非常明显的挥发性。要准确描述在核爆炸快速冷却过程中观察到的凝结模式，就必须了解重组反应的气相化学。
博科园-科学科普｜参考期刊文献：《Journal of Applied Physics》,《Scientific Reports》｜研究/来自：劳伦斯利弗莫尔国家实验室
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