जब कोई परमाणु हथियार फटता है या कोई रिएक्टर उसकी नकल करने की कोशिश करता है, तो एक सेकंड के दस लाखवें हिस्से से भी कम समय में ऊर्जा का एक विशाल विस्फोट होता है। अत्यधिक गर्मी तुरंत आसपास की हवा और सामग्री को वाष्पित कर देती है, जिससे गैस और प्लाज्मा का एक चमकीला, फैलता हुआ बादल बनता है। जैसे-जैसे यह परमाणु अग्निगोलिका बढ़ती है, यह आसपास के वातावरण के साथ मिलती है, ठंडी होती है, और अंततः छोटे ठोस कणों में संघनित हो जाती है जो परमाणु फॉलआउट बन जाते हैं - प्रकृति का सबसे अवांछित कंफ़ेटी।
वैज्ञानिक अध्ययन करते हैं कि फॉलआउट कैसे बनता है क्योंकि यह परमाणु घटना के दौरान क्या हुआ, इसके बारे में बहुमूल्य सुराग प्रदान कर सकता है और सुरक्षा आकलन के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडलों को बेहतर बनाने में मदद कर सकता है। एनालिटिकल केमिस्ट्री में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी (LLNL) के शोधकर्ताओं ने जांच की कि यूरेनियम, सीरियम और सीज़ियम सावधानीपूर्वक नियंत्रित तापमान स्थितियों के तहत वाष्पीकरण, रासायनिक प्रतिक्रिया और संघनन के दौरान कैसे व्यवहार करते हैं। उनके निष्कर्ष बताते हैं कि कुछ व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले फॉलआउट मॉडल महत्वपूर्ण रासायनिक अंतःक्रियाओं को अनदेखा कर सकते हैं जो कण बनने के दौरान होती हैं - क्योंकि परमाणु अग्निगोलिका जैसी सीधी चीज़ सरल क्यों होगी?
"सामग्री कितने समय तक उच्च तापमान पर रहती है, इसे बदलने से रासायनिक प्रतिक्रियाएं बदल सकती हैं और सीज़ियम जैसे वाष्पशील तत्व कणों में कैसे शामिल होते हैं," LLNL वैज्ञानिक और लेखिका रकिया धाउई ने कहा। "ये कण इस बात का रिकॉर्ड संरक्षित करते हैं कि वे कैसे बने। एक नियंत्रित प्रणाली में इन प्रक्रियाओं का अध्ययन करके, हम धारणाओं को मापों से बदल सकते हैं, परमाणु मलबे की व्याख्या करने के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडलों में सुधार कर सकते हैं, और जब इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है तब निर्णय लेने में सहायता कर सकते हैं।"
इन प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए, टीम ने एक प्लाज्मा फ्लो रिएक्टर का उपयोग किया जिसे परमाणु अग्निगोलिका के अंदर के वातावरण के हिस्से की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। सामग्रियों के विशिष्ट संयोजनों को एक उच्च तापमान प्लाज्मा में पेश किया गया, जहां वे वाष्पित हो गए। परिणामी वाष्प फिर एक ट्यूब के माध्यम से यात्रा करता था जिसमें तापमान को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जा सकता था क्योंकि सामग्री ठंडी होती थी। सेटअप ने शोधकर्ताओं को सामग्रियों को दो अलग-अलग शीतलन परिदृश्यों, जिन्हें थर्मल हिस्ट्री के रूप में जाना जाता है, के संपर्क में लाने की अनुमति दी: एक में, तापमान धीरे-धीरे कम हुआ; दूसरे में, सामग्री तेजी से ठंडा होने से पहले लंबे समय तक गर्म रही। क्योंकि रिएक्टर लगातार संचालित होता है, कई स्थानों पर नमूने एकत्र किए जा सकते हैं, जिससे वैज्ञानिकों को यह देखने की अनुमति मिली कि कण बनने के दौरान कैसे बदलते हैं - एक सर्वनाशकारी घटना के धीमी गति के रीप्ले की तरह।
"ऐतिहासिक फॉलआउट अध्ययन इंगित करते हैं कि सामग्री ठंडा होने पर जो रास्ता अपनाती है वह महत्वपूर्ण है," धाउई ने कहा। "शीतलन दर और उच्च तापमान पर समय रासायनिक प्रजातियों और कण निर्माण को बदल सकता है।"
शोधकर्ताओं ने यूरेनियम, सीरियम और सीज़ियम का चयन किया क्योंकि प्रत्येक संघनन के दौरान अलग-अलग व्यवहार करता है। यूरेनियम अपेक्षाकृत कम वाष्पशील होता है और प्रक्रिया में जल्दी संघनित होता है, जिससे यह एक उपयोगी बेंचमार्क बनता है। सीरियम, जिसे अक्सर प्लूटोनियम के विकल्प के रूप में उपयोग किया जाता है, यूरेनियम के समान संघनित हुआ। हालांकि, दोनों ने अपने रसायन विज्ञान में परिवर्तन दिखाया जो उनके द्वारा अनुभव की गई थर्मल हिस्ट्री पर निर्भर करता था। सीज़ियम ने बहुत अलग व्यवहार किया: यह अन्य तत्वों की तुलना में बहुत बाद में संघनित हुआ, और जब यह लंबे समय तक उच्च तापमान पर रहा, तो यह यूरेनियम और सीरियम के साथ कहीं अधिक व्यापक रूप से मिश्रित हुआ।
परिणाम इंगित करते हैं कि फॉलआउट निर्माण न केवल इस बात पर निर्भर करता है कि विभिन्न तत्व कब संघनित होते हैं, बल्कि इस पर भी निर्भर करता है कि तापमान गिरने पर वे एक-दूसरे के साथ रासायनिक रूप से कैसे अंतःक्रिया करते हैं। कई मौजूदा फॉलआउट मॉडल मुख्य रूप से सामग्रियों को इस प्रकार मानते हैं जैसे वे स्वतंत्र रूप से व्यवहार करते हैं, जिसका अर्थ है कि इनमें से कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाएं केवल आंशिक रूप से दर्शाई जाती हैं - एक चूक जो मायने रख सकती है यदि आप यह अनुमान लगाने की कोशिश कर रहे हैं कि रेडियोधर्मी कण कहां गिरेंगे।
एक नियंत्रित प्रयोगात्मक प्रणाली में थर्मल हिस्ट्री के प्रभावों को अलग करके, शोधकर्ताओं ने डेटा उत्पन्न किया जिसका उपयोग फॉलआउट मॉडलों के मूल्यांकन और सुधार के लिए किया जा सकता है जो लंबे समय से सरलीकृत धारणाओं पर निर्भर हैं। टीम अधिक यथार्थवादी सामग्री मिश्रणों का अध्ययन करके काम का विस्तार करने की योजना बना रही है, जिसका लक्ष्य परमाणु घटनाओं के बाद फॉलआउट व्यवहार की जटिलता को बेहतर ढंग से पकड़ना है।