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    激光產生的鈾等離子體演變成更復雜的物種

    當在壓力下向鈾中添加能量時,會產生沖擊波,即使是微小的樣品也會像小爆炸一樣蒸發。通過使用較小的受控爆炸,物理學家可以在安全的實驗室環境中進行微觀測試,以前只能在更大,更危險的炸彈實驗中進行測試。

    “在我們的例子中,激光將能量注入到目標中,但是你獲得了與鈾等離子體相同的形成和時間依賴的演化,”作者Patrick Skrodzki說。“通過實驗室中的這些小規模爆炸,我們可以理解類似的物理學。”

    在最近的一項實驗中,與Skrodzki合作的科學家使用激光燒蝕原子鈾,竊取其電子直至電離并轉向等離子體,同時記錄化學反應,同時等離子體冷卻,氧化并形成更復雜的鈾物種。他們的工作將鈾物種和它們之間的反應途徑放在空間和時間的地圖上,以發現它們形成了多少納秒,以及等離子體在哪一部分進化。

    在本周發表于等離子體物理學的論文中,作者發現鈾形成更復雜的分子,如一氧化鈾,二氧化鈾和其他更大的組合,因為它與不同百分比的氧氣混合。

    “我們使用光學發射,看著激發的狀態衰退到基態,但這只是圖片的一小部分,”Skrodzki說。

    具有92個電子和大約1,600個能級的鈾可以產生難以破譯的復雜光譜,即使使用高分辨率光譜也是如此。在論文中,作者關注等離子體中的一種能量轉換。他們仔細研究了等離子體羽流的形態,與各種氧濃度的碰撞相互作用,以及其他因素,如羽流限制和粒子速度,以創建從原子鈾到更復雜的鈾氧化物物種演化的詳細圖景。

    由此產生的數據對使用激光探測材料和詳細描述其元素組成的技術有影響,例如Mars Curiosity漫游車上的激光光譜系統。它還可以用于便攜式設備,通過測試濃縮鈾生產的證據來驗證核條約的合規性。

    “在這個話題上還有很多工作要做,”Skrodzki說。“這是一個科學問題,因為沒有人知道那些高氧化物在可見區域的光發射。我們希望提供數據來填補這些空白。”

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