Portions of this study have been previously published in the Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.3,13 A patent is pending for this method.

주의 : 여기에 설명 된 공정은 방사성 물질의 사용을 포함한다 (예를 들면, 우라늄 질산염 수화물) 및 여러 부식성 물질. 적절한 보호 복 및 장비 샘플 준비하는 동안 (실험실 코트, 장갑, 눈 보호 및 흄 후드 포함)를 사용해야합니다. 또한, 본 연구에 사용되는 실험 지역은 방사능 오염에 대한 정기적으로 모니터링해야한다. 참고 :. 필요한 화학 화합물은 표 1에 나와있는이 제제는 trinitite에 대해 이전에 검사하여 조성 데이터를보고 개발 된 측정 하였다 여기에보고 10 질량 분수를 여러 trinitite 샘플의 질량 분수를 평균하여 10 &quot;실종&quot;질량을.. (분수 통일에 합산하지 않음)는 연료, 변조 및 기타 구성 요소를 추가 할 때 유연성을 허용하기 위해 존재한다. 여러 trinitite 샘플 우리의 독립적 인 분석은 석영 유일한 광물 단계가 있음을 시사한다trinitite에서 생존. (5) 따라서, 석영은 우리의 표준 Trinitite 제제 (STF)에 포함 된 유일한 광물이다. 다른 무기물 입자의 유물이 trinitite에보고되었지만, 이들의 11은 예외보다는 규칙 경향이있다. 일반적으로, 석영 유리 용융물에서 발견하는 광물이다. (10, 12)도 석영 모래 도시 핵 용융 유리의 형성에 중요하다 아스팔트 콘크리트의 일반적인 성분이다. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr height="41"><td colspan="2" height="41" style="height:42px;width:317px;"> 평균 Trinitite 데이터 </td><td colspan="2" style="width:317px;"> 표준 Trinitite 제제 (STF) </td></tr><tr height="22"><td height="22" style="height:22px;width:159px;"> 화합물 </td><td style="width:159px;"> 질량 분수 </td><td style="width:159px;"> 화합물 </td><html><td style="width:159px;"> 질량 분수 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> 그런가 2 </td><td style="width:159px;"> 6.42x10 -1 </td><td style="width:159px;"> 그런가 2 </td><td style="width:159px;"> 6.42x10 -1 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> 알 2 O 3 </td><td style="width:159px;"> 1.43x10 -1 </td><td style="width:159px;"> 알 2 O 3 </td><td style="width:159px;"> 1.43x10 -1 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> CaO를 </td><td style="width:159px;"> 9.64x10 -2 </td><td style="width:159px;"> CaO를 </td><td style="width:159px;"> 9.64x10 -2 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> FeO의 </td><td style="width:159px;"> 1.97x10 -2 </td><html> &quot;&gt; FeO의 </td><td style="width:159px;"> 1.97x10 -2 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> 산화 마그네슘 </td><td style="width:159px;"> 1.15x10 -2 </td><td style="width:159px;"> 산화 마그네슘 </td><td style="width:159px;"> 1.15x10 -2 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> 나 2 O </td><td style="width:159px;"> 1.25x10 -2 </td><td style="width:159px;"> 나 2 O </td><td style="width:159px;"> 1.25x10 -2 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> K 2 O </td><td style="width:159px;"> 5.13x10 -2 </td><td style="width:159px;"> KOH </td><td style="width:159px;"> 6.12x10 -2 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> MnO를 </td><td style="width:159px;"> 5.05x10 -4 </td><td style="width:159px;"> MnO를 </td>9px; &quot;&gt; 5.05x10 -4 </td></tr><tr height="26"><td height="26" style="height:26px;width:159px;"> 이산화 티탄 </td><td style="width:159px;"> 4.27x10 -3 </td><td style="width:159px;"> 이산화 티탄 </td><td style="width:159px;"> 4.27x10 -3 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;width:159px;"> 합계 </td><td style="width:159px;"> 9.81x10 -1 </td><td style="width:159px;"> 합계 </td><td style="width:159px;"> 9.91x10 -1 </td></tr></tbody></table> 화학 물질의 표 1을 참조하십시오. 목록. STF 1. 준비 참고 : 필요한 장비는 마이크로 저울, 금속 주걱, 세라믹 박격포와 유 봉, 화학 흄 후드, 라텍스 장갑, 실험실 코트, 및 눈 보호를 포함한다. <ol><li> 비 방사성 구성 요소의 혼합 <ol><li> 규사의 적어도 65g (SiO2로)하여 Al2O3 15g을 취득 &lt;/ 서브&gt; 분말의 CaO 분말 10g, FeO의 분말 2g, 산화 마그네슘 분말 2g, 나 2 O 분말 2g, KOH 펠렛 7g, MnO를 분말 1g과 이산화 티탄 분말의 1g ( 표 1에 나열된 화합물). </li><li> 표 1에 나열된 각 화합물의 정확한 질량 분율을 측정하기 위해 마이크로 저울 작은 주걱을 사용한다. 최상의 결과를 한번에 비 방사성 모체의 100g을 준비. </li><li> SiO2를 64.2 g, 알 2 O 3 14.2 g,의 CaO 9.64 g, 1.97 g을 함유하는 균질 한 분말 혼합물을 형성하는 화합물을 혼합 철저 (~ 10-20 μm의 크기 입자)를 분쇄하고 모르타르 및 유봉을 사용하여 FeO의, 산화 마그네슘 1.15 g을, 나 2 O 1.25 g을 KOH 6.12 g, 0.0505 g의 MnO와 이산화 티탄의 0.427 g. </li><li> 다음 단계 촬영 직전 공 믹서, 혼합물을 교반한다. </li></ol></li><li> 우라늄 질산 수화물로 STF의 혼합 (UNH) <ol><li> AcquUNH의 분노 적어도 1g. </li><li> 흄 후드 내에서 1 ~ 2 μm의 입자의 미세 분말을 형성하기 위해 (박격포와 유 봉을 사용하여) 몇 UNH 결정을 분쇄. </li><li> 비 방사성 모체 그램 당 UNH의 37,125 μg의 추가를 (이 비율은 1 킬로톤의 수율 단순한 무기 시뮬레이션에 적합하다). 13 </li><li> 철저 모르타르 및 유봉을 사용하여, UNH 포함한 분말 혼합물을 혼합한다. 곧 용융 단계 이전에 최종 혼합을 완료합니다. </li></ol></li></ol> 1 그램의 용융 유리 샘플의 제조 2 참고 : 필요한 장비가 1,600 ℃ 이상, 고순도 흑연 도가니, 긴 스테인리스 스틸 도가니 집게, 내열 장갑과 눈 보호 정격 HTF를 포함한다. 도입 또는 용광로에서 샘플을 제거 할 때 내열 장갑과 보안경을 착용해야한다. 그들은 노의 눈부심을 줄이기로 색조 안전 고글 (또는 태양 안경은) 유용하다. <ol><li> 비 방사성 시료의 제조 <ol><li> 순수한 석영 모래 ~ 100g으로 두꺼운 세라믹 접시 (예 모르타르 등) 채우고 샘플을 용융한다 노의 위치 RT 근처에서 유지한다. </li><li> 1,500 ℃로 HTF를 예열. </li><li> 신중 비 방사성 분말 혼합물의 1.00 g을 측정하고, 고순도의 흑연 도가니에 분말을 배치했다. </li><li> 주의 깊게 (스틸 도가니 집게 긴 쌍을 사용하여) 가열 HTF에서 도가니를 배치하고, 30 분간 혼합물을 용융. </li><li> (다시 집게를 사용하여) 샘플을 제거하고 모래로 가득 박격포로 용융 샘플을 붓는다. </li><li> 유리 구슬이 취급하기 전에 1-2 분 동안 냉각 시키십시오. </li><li> 필요한 경우 잔여 모래를 제거하는 연마 구슬. </li></ol></li><li> 방사성 시료의 제조 <ol><li> 반복 위의 2.1.1과 2.1.2 단계를 반복합니다. </li><li> 신중 (UNH 포함) 방사성 분말 혼합물의 1.00 g을 측정하고 powd 배치<html> 교차 오염을 방지하기 위해 별도의 주걱 마이크로 저울을 사용하여 고순도의 흑연 도가니에 ER. </li><li> 위의 2.1.6 - 반복 2.1.4 단계를 반복합니다. </li><li> 방사능 오염에 대한 확인 (휴대용 방사선 검출기 및 / 또는 와이프 ​​세이를 이용하여)로 주위를 감시한다. </li></ol></li></ol> 3. 샘플 활성화 참고 : 다음 방정식은 무기 등급 (농축) 우라늄 금속을 사용하는 것을 전제로 도출되었다. UNH 또는 우라늄 산화물의 양의 원소 우라늄의 질량 분율 (235) U 농축의 수준에 따라 확장 할 필요가있을 것이다. <ol><li> 우라늄 일인가 함께 용융 유리 시료의 활성화 <ol><li> (m은 U는 우라늄 질량 분율을 나타내고, Y는 무기 수율을 나타낸다) (13) 아래의 방정식을 사용하여 샘플에 필요한 우라늄 금속의 질량 비율을 계산한다 : 473 / 53473eq1.jpg &quot;/&gt; </li><li> 선택적 아래의 방정식을 사용하여 변조 (예를 들어, 천연 우라늄, 납, 텅스텐)의 질량 비율을 계산한다 : (13) <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq2.jpg" /></li><li> M이 S 그램에서 시료의 질량을 나타내고, f는 N을 조사하는 동안 샘플을 제조 fissions의 수를 나타내며 다음 수학 식 13을 이용하여 시료 중의 fissions의 대상 번호를 구한다 <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq3.jpg" /></li><li> M 235 235 U 질량 분율 (보충 레벨)를 나타내고, t의 IRR은 초 조사 13 시간 이하의 방정식을 사용하여 요구되는 조사 시간을 계산한다 : <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq4.jpg" /></li><li> 용 샘플을 조사4.0 × 10 14 N / cm 2 / sec의 열 중성자 플럭스로 IRR 초 t. 예를 들어, ((35)의 열 공진 비율) HFIR에서 공기 튜브 (1) (PT-1)에서 60 초 조사는 870 UNH의 μg의 (해당하는 410 μg의를 포함하는 샘플에서 약 1.1 × 10 11 fissions를 생성합니다 천연 우라늄, 또는 235 U의 3.0 μg의). 이것은 0.1 킬로 수율 무기 제조 용융 된 유리 샘플을 시뮬레이션하기위한 하나의 0.433 g의 유리 비드를 위해 이루어졌다. 이 샘플은 철저하게 요리 등의 등으로 분석하고있다. (14) </li><li> 방사성 샘플 조사 후 처리를위한 관련 안전 프로토콜을 따르십시오. </li></ol></li><li> 플루토늄 연료와 용융 유리 샘플의 활성화 (계획 요소) <ol><li> 우레탄 represen를 13m 아래 식을 이용하여 샘플에 필요한 플루토늄 금속의 질량 분율을 계산플루토늄 질량 분율 TS Y는 무기 수율을 나타냅니다 : <img alt="식 (5)" src="/files/ftp_upload/53473/53473eq5.jpg" /></li><li> 반복 단계 위의 3.1.2과 3.1.3. </li><li> 용융 유리 fissions 샘플의 수를 얻기 위해 요구되는 조사 시간을 결정한다. 이번에 조성 등급 플루토늄뿐만 아니라 중성자 에너지 스펙트럼에 의존 할 것이다. </li></ol></li></ol> 참고 :이 필요합니다 플루토늄 및 추가 분석을 처리 할 때 큰주의를 기울여야한다. 이 글을 쓰고있는 현재, 만 우라늄은 합성 용융 유리 샘플 유타에서 생산 및 HFIR에서 조사에 사용되어왔다.

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This work was performed under grant number DE-NA0001983 from the Stewardship Science Academic Alliances (SSAA) Program of the National Nuclear Security Administration (NNSA).

단계 1.2.2과 1.2.3에 대한 참고 : UNH의 정확한 양이 시나리오에 따라 달라집니다 시뮬레이션된다. Giminaro 등.이 개발 계획의 공식은이 문서의 &quot;샘플 활성화&quot;절에서 설명한 바와 같이, 주어진 샘플 13 우라늄의 적절한 질량을 선택하는 데 사용할 수 있습니다. 또한, 산화 우라늄 (UO 2 U 3 O 8)를 사용할 경우, UNH 대신에 사용하고, (UNH 또는 우라늄 산화물이 있는지 여부를) 고려되어야 화합물에서 235 U의 질량 분율 할 수있다. 여기서 설명하는 실험은 UNH 전구체 매트릭스 내에 균일하게 혼합 하였다. 이 녹는 과정 우라늄과 유리 내의 다른 원소의 분포에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 질적, 유리는 이질적인 것으로 보인다. 그러나, 분열 트랙 매핑 조사 후 완전히 유리 내의 우라늄 및 핵분열 생성물 분포를 분석하기 위해 실시되지 않았다. 이 I미래 연구를위한 SA 가능성 항목을 참조하십시오. 이 녹는 과정 생존 예상 만 미네랄 때문에 석영 전구체 분말 매트릭스에 포함 된 유일한 광물이다. 3,10,12 용융 된 샘플에 남아있는 석영의 양으로 용융 온도 및 시간을 최적화하기위한 모니터로서 기능 로 5. 그것은 다른 무기물 전구체가 포함되면 시료 처음 함유 석영 비정질의 적당한 정도를 생산하는 방법이 마찬가지로 비정질 시료를 제조 할 것으로 가정한다. 본 연구에서 제조 한 샘플은 방사성 HFIR에 중성자 조사에 의해 활성화되었다. 우라늄 연료 함량 및 조사 시간은 국제 원자력기구 (20)뿐만 아니라 무기 수율과의 관계에 관한 Glasstone과 고언 (21)에 의해 초기에 계산에 의해보고 된 우라늄 상당한 양에 기초하여 계산 될 수있다핵 폭발에 의해 생성 된 용융 유리의 질량. 이러한 개념은 Giminaro 외. (13)의 분석에 통합된다. 하나의 활성화 된 시료의 분석은 쿡 등의 알에 의해 수행되었다. (14) 여기에 설명 된 신규 한 방법은 합성 &quot;trinitite&quot;샘플들을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 다음 관심 포렌식 (예를 들어, 도시 핵 용융 유리)의 다른 시나리오로 확장 될 수있다. 대리 핵 파편을 생성하기 위해 이전의 노력이 유리의 화학적 및 방사능 성질에 초점을 맞추고있다. 여기에 제시된 일 22 초점 정확한 물리, 화학, 및 형태 적 특징을 가진 대용의 생산이다. 이 방법은 실온에서 급냉 하였다 급속 가열로에 사용하게하는 것이 고유의 것이다. 용해 공정 동안 더 램프 업 또는 램프 다운 위상 및 믹싱은 없다. 그 결과 결함 (예를 들어, 균열 및 공극)과 이질성은 desira 있습니다BLE (trinitite에 가까운 경기 등). 또한, 여기에 설명 된 프로토콜 (플라즈마 또는 레이저를 이용하여도 6의 방법에 비해) 상대적으로 간단하면서도 결과는 비교적 정확하고 재현성있는 3이다. 본 연구에 사용 HTF는 점진적 &quot;램프 다운&quot; &quot;램프 업 (ramp up)&quot;하고, 가열 기간 동안 사용될 때 가장 좋은 수행하도록 설계된다. 그러나,이 방법에 대한 점차적 인 냉각 단계는 재결정 샘플의 비정질 자연 파괴가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다. 노 피크 온도로 가져온 후 제거 노 밖에서 급속 냉각시킨 후이 때문에 본 연구에서 제조 된 샘플을 도입 하였다. 이것은로는 (제조업체에서 권장하지 않음) 피크 온도에있는 동안 노 문을 두 번 열 수 있음이 필요합니다. 이 공정은 가열 요소를 강조하는 경향이 있고, 그 수명에 부정적인 영향을 미칠 수있다. 이 위험은 우리의 purpo에 허용했다SES. 그러나, 시료 주입 프로세스는 신중하게 고려되어야하며, 잠재적으로 사용되는 특정 설비 및 원하는 최종 제품에 따라 수정. 이 방법의 다른 제한은 다음 단락에서 설명합니다. 그래픽 도가니의 사용은 (흑연 인해 고온에서 휘발하는 경향) 합성 용융 유리 샘플로 일부 탄소 오염을 도입한다. 이 오염은 연마 후 합성에 의해 제거 될 수 있고, 또는 샘플을 파쇄하고 만 &quot;클린&quot;절반이 분석을 위해 유지 될 수있다. 탄소 오염은 일반적으로 유리 구슬 하단 편재. 야외에서 흑연 도가니를 사용하여도 제어 할 수없는 (그리고 알 수없는) 감소 / 산화 상태에 이르게. 철은 산화 될 가능성 및 Fe / C 합금이 제조 될 수있다. 도가니의 다른 유형은 백금 및 산화 지르코늄을 포함하여 테스트 한 이러한 이유로, 그러나, 흑연 최선 OPTIO 남아N 전위 탄소 오염 및 Fe / C 커플 문제에도 불구. 실리카 및 백금 결합은 백금 도가니 비현실적합니다. 급냉 공정 동안 산화 지르코늄 균열. 또한 연구는 더 나은 선택을 표시 할 수 있지만,이 글을 쓰는 흑연으로 가장 경제적이고 실험적으로 실용적인 선택이 될 것입니다. 거기 (아르곤으로 튜브로 충전 예) 노 내의 환경을 제어하는 다양한 방법이 있으며, 이들은 미래 탐구한다. 여기서 설명하는 실험에서 노 내의 환경이 조작되지 않았으며 아직 제조 된 유리 샘플의 주요 특성은 그 목적에 적합 하였다. 이것은 핵 폭발시 그라운드 제로 가까이에 존재하는 환경에 잘 이해되지 않는다. HFIR의 공압 튜브 시스템에서 샘플을 조사하여 대리의 방사성 특성의 일부 오류를 소개합니다. 이 오류는 별개의 diffe에 발생핵무기와 원자로 중성자 에너지 스펙트럼 사이에 알수 있습니다. 핵분열 생성물 스펙트럼을 따라서 (열 중성자 스펙트럼 제조) 반응기보다는 (빠른 중성자 스펙트럼에 의해 생성 된) 무기의 특징이 될 것이다. 모두 시츄 조사에 의해 제조하는 경우뿐만 아니라, 제품 활성화 분열의 비는 부정확 할 것이다. 연구는 더 나은 이해 가능성이 효과를 상쇄하기 위해 진행된다. (23) 필요가있을 수있다 모체의 화학을 변화. 여기에 설명 된 방법은 색상, 질감, 다공성, 미세 구조, 미네랄 형태, 조성 이질성 및 비정질의 정도 측면에서 정확한 핵 용융 유리 대리를 생성합니다. 1) 신중 사양에 따라 STF 분말을 제조 2) 안전하고 신속하게 고온으로 분말을 가열 잘 상기 (여기 제시 성공적 결과를 복제하는 세 개의 주요 단계는 본질적으로 존재녹는 점 행렬), 3)의 재결정 화를 방지하기 위해 신속하게 (급냉) 냉각. 그것은 동일한 절차는 동일 샘플을 생성하지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요하다 이것은 동일한 (trinitite 샘플뿐만 아니라 변동의 높은 정도를 나타낸다) 실제 핵 용융 유리 참인 완벽 좋다. (3) 프로토콜에서 가장 중요한 단계는 2.1.6을 통해 단계 1.1.1입니다. 다음 단계를 수행하여 원하는 특성을 가진 비 방사성 샘플의 생산으로 이어질 것입니다. 방사성 샘플은 본질적으로 인한 방사성 물질과 관련된 위험에 대해 추가적인주의 동일한 단계를 수행하여 제조 할 수있다. 이 방법은 도시 핵 파편을 생성하기 위해 미래에 이용 서로 게이트 (13)를 추가로 확장 될 수있다 할 것이다. 가능성도 뉴의 미래에 중요한 방사성 폐기물의 고정화에 대한 연구에서이 방법을 사용하기 위해 존재분명 전력 산업.

Concerns over the potential malicious use of nuclear weapons by terrorists or rogue nations have highlighted the importance of nuclear forensics analysis for the purpose of attribution.1 Rapid post-detonation analysis techniques are desirable to shorten the attribution timeline as much as possible. The development and validation of such techniques requires realistic nuclear debris samples for testing. Nuclear testing no longer occurs in the United States and nuclear surface debris from the testing era is not readily available (with the exception of trinitite - the melt glass produced by the first nuclear test at the trinity site) and therefore realistic surrogate debris is needed. 
The primary goal of the method described here is the production of realistic surrogate nuclear debris similar to trinitite. Synthetic nuclear melt glass samples which are readily available to the academic community can be used to test existing analysis techniques and to develop new methods such as thermo-chromatography for rapid post-detonation analysis.2 With this goal in mind the current study is focused on producing samples which mimic trinitite but do not contain any sensitive weapon design information. The fuel and tamper components within these samples are completely generic and the comparison to trinitite is based on chemistry, morphology, and physical characteristics. The similarities between trinitite and the synthetic nuclear melt glass produced in this study have been previously discussed.3
The purpose of this article is to outline the details of the production process used at the University of Tennessee (UT). This production process was developed with two key parameters in mind: 1) the composition of material incorporated into nuclear melt glass, and 2) the melting temperature of the material. Methods exist for estimating the melting temperature of glass forming networks4 and these techniques have been employed here, along with additional experimentation to determine the optimal processing temperature for the trinitite matrix.5
Alternative methods for surrogate debris production have been published recently. The use of high power lasers has the advantage of creating sufficiently high temperatures to cause elemental fractionation within the target matrix.6 Porous chromatographic substrates have been used to produce small particles similar to fallout particles using condensed phase methods7. The latter method is most useful for producing particulate debris (nuclear fallout) and has been demonstrated with natural metals. The advantages of the method presented here are 1) simplicity, 2) reproducibility, and 3) scalability (sample sizes can range from tiny beads to large chunks of melt glass). Also, this method is expandable both in terms of production output and variety of explosive scenarios covered, and it has already been demonstrated using radioactive materials. A sample has been successfully activated at the High Flux Isotope Reactor (HFIR) at Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Natural uranium compounds were added to the matrix prior to melting and fission products were produced in situ by neutron irradiation. 
Methods within the glass making industry and those employed for the purpose of radioactive waste immobilization8 have been consulted in the development of the method presented here. The unique effects of radiation in glasses are of inherent interest9 and will constitute an important area of study as this method is further developed. 
The method described below is appropriate for any application where a bulk melt glass sample is desired. These samples most closely resemble the material found near the epicenter of a nuclear explosion. Samples of various sizes can be produced, however, methods employing plasma torches or lasers will be more useful for simulating fine particulate debris. Also, commercial HTFs do not reach temperatures high enough to cause elemental fractionation for a wide range of elements. This method should be employed when physical and morphological characteristics are of primary importance.

<table><tbody><tr><td>High Temperature Furnace (HTF)</td><td>Carbolite</td><td>HTF 18</td><td>1,800 &amp;#176;C HTF used to melt samples</td></tr><tr><td>High Temperature Drop Furnace</td><td>CM Inc.</td><td>1706 BL</td><td>1,700 &amp;#176;C Drop Furnace used to melt samples</td></tr><tr><td>Graphite Crucibles</td><td>SCP Science</td><td>040-060-041</td><td>27 ml high purity graphite crucibles (10 pack)</td></tr><tr><td>Crucible Tongs</td><td>Grainger</td><td>5ZPV0</td><td>26 in., stainless steele tongs for handling crucibles</td></tr><tr><td>Heat Resistent Gloves</td><td>Grainger</td><td>8814-09</td><td>Gloves used to protect hands from heat during sample intro/removal</td></tr><tr><td>Mortar &amp;amp; Pestle</td><td>Fisherbrand</td><td>S337631</td><td>300 ml, Ceramic mortar and pestle for powdering and mixing</td></tr><tr><td>Micro Balance</td><td>Grainger</td><td>8NJG2</td><td>220 g Cap, high precision scale for measuring powder mass</td></tr><tr><td>Spatulas</td><td>Fisherbrand</td><td>14374</td><td>Metal spatulas for measure small quantities of powder</td></tr><tr><td>SiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>274739-5KG</td><td>Quartz Sand&amp;nbsp; CAS Number: 14808-60-7</td></tr><tr><td>Al&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>11028-1KG</td><td>Aluminum Oxide Powder&amp;nbsp; CAS Number: 1344-28-1</td></tr><tr><td>CaO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12047-2.5KG</td><td>Calcium Oxide Powder&amp;nbsp; CAS Number: 1305-78-8</td></tr><tr><td>FeO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>400866-25G</td><td>Iron Oxide Powder&amp;nbsp; CAS Number: 1345-25-1</td></tr><tr><td>MgO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>342793-250G</td><td>Magnesium Oxide Powder&amp;nbsp; CAS Number: 1309-48-4</td></tr><tr><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>36712-25G</td><td>Sodium Oxide Powder&amp;nbsp; CAS Number: 1313-59-3</td></tr><tr><td>KOH</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>278904-250G</td><td>Potasium Hydroxide Pellets&amp;nbsp; CAS Number: 12030-88-5</td></tr><tr><td>MnO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>377201-500G</td><td>Manganese Oxide Powder&amp;nbsp; CAS Number: 1344-43-0</td></tr><tr><td>TiO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>791326-5G</td><td>Titanium Oxide Beads&amp;nbsp; CAS Number: 12188-41-9</td></tr></tbody></table>

production of synthetic nuclear melt glass

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we outline a novel process for producing bulk surface debris using a high temperature furnace. The material developed in this study is physically and chemically similar to trinitite (the melt glass produced by the first nuclear test). This synthetic nuclear melt glass is assumed to be similar to the vitrified material produced near the epicenter (ground zero) of any surface nuclear detonation in a desert environment. The process outlined here can be applied to produce other types of nuclear melt glass including that likely to be formed in an urban environment. This can be accomplished by simply modifying the precursor matrix to which this production process is applied. The melt glass produced in this study has been analyzed and compared to trinitite, revealing a comparable crystalline morphology, physical structure, void fraction, and chemical composition.

본 연구에서 제조 된 비 방사성 샘플 trinitite에 비해 1-3 물리적 특성과 형태는 참으로 유사하다는 것을 보여준다되고있다. (1) 거시적 수준에서 관찰되는 색상 및 질감의 유사성을 공개 사진을 제공 그림. 도 2는 마이크론 수준에서 유사한 특징을 표시 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 차 전자 (SE)의 이미지를 나타낸다. SEM 분석 및 SEM SEM 소프트웨어를 사용하여 수행 하였다. 수많은 공극은 trinitite 및 합성 샘플 모두에서 관찰된다. 결함과 이질성뿐만 아니라 모두에서 유사하다. (3) 분말 X 선 회절 (P-XRD) trinitite 및 합성 샘플 스펙트럼의 비교를 제공하는 그림. P-XRD 분석 및 trinitite 차원 검출기와 X 선 회절 장치를 이용하여 합성 용융 된 유리 샘플에 대해 수행 하였다. X 선원은 40mA, 45 kV로 설정 구리 양극이었다. 슬릿4분의 1 ° 2θ의 창은 격자 1 / 11 ° 2θ 방지 산란 회절과 함께 사용되었다. 모든 샘플은 실리콘 (001) 무 배경 샘플 홀더를 이용하여 측정하고, 4 회전 / sec로 회전하도록 설정 하였다. 모든 스펙트럼은 100 ° 2θ 10 ° 2θ로부터 획득했다. 석영은 두 경우 모두에서 미네랄 만 존재하고, 피크 강도는 비정질 (3)의 비교도를 시사 유사하다. 이러한 결과는 trinitite 15,16,12,17 이전 연구와 핵 용융 유리의 다른 형태와 일치한다. 18,19 <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53473/53473fig1.jpg" /> trinitite 합성 핵 용융 유리의도 1의 육안 비교. trinitite 샘플의 상면을 나타내는 (A)의 사진, 합성 핵 용융 유리 샘플 생산의 상면을 도시 (B)의 사진<html> 유타 ED, (C) 사진 trinitite 시료의 내부 구조 (단면도)를 보여주는 합성 핵 용융 유리 시료의 내부 구조를 보여주는 (D)의 사진. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53473/53473fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53473/53473fig2.jpg" /> trinitite 및 합성 핵 용융 유리의 그림 2. 현미경 비교. trinitite (상단 이미지)의 미세 구조 및 합성 핵 용융 유리 (아래 이미지)의 세부 정보를 보여주는 SEM 이미지. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53473/53473fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> D / 53473 / 53473fig3.jpg &quot;/&gt; trinitite 및 합성 핵 용융 유리의 그림 3. 결정의 형태. trinitite (파란 선) 및 합성 핵 용융 유리 (레드 라인)의 P-XRD 스펙트럼. 수직, 녹색 파선은 일반적으로 석영과 관련된 피크의 위치를 나타냅니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53473/53473fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Production of Synthetic Nuclear Melt Glass

A protocol for the production of synthetic nuclear melt glass, similar to trinitite, is presented.

합성 핵 용융 유리의 생산

Realistic surrogate nuclear debris is needed within the nuclear forensics community to test and validate post-detonation analysis techniques. Here we ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.4K 조회수.  United States Military Academy. A protocol for the production of synthetic nuclear melt glass, similar to trinitite, is presented.

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Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic glasses (MGs). Despite their amorphous nature, the identification of hyperfine interactions unveils faint structural modifications. For this purpose, we have employed two techniques that utilize nuclear resonance among nuclear levels of a stable 57Fe isotope, namely M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering (NFS) of synchrotron radiation. The effects of heat treatment upon (Fe2.85Co1)77Mo8Cu1B14 MG are discussed using the results of ex situ and in situ experiments, respectively. As both methods are sensitive to hyperfine interactions, information on structural arrangement as well as on magnetic microstructure is readily available. M&#246;ssbauer spectrometry performed ex situ describes how the structural arrangement and magnetic microstructure appears at room temperature after the annealing under certain conditions (temperature, time), and thus this technique inspects steady states. On the other hand, NFS data are recorded in situ during dynamically changing temperature and NFS examines transient states. The use of both techniques provides complementary information. In general, they can be applied to any suitable system in which it is important to know its steady state but also transient states.

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Here, we present a protocol to describe ex situ and in situ investigations of structural transformations in metallic glasses. We employed nuclear-based analytical methods which inspect hyperfine interactions. We demonstrate the applicability of M&#246;ssbauer spectrometry and nuclear forward scattering of synchrotron radiation during temperature-driven experiments.

전 Situ 수사 현장에서 구조 변환 방법: 금속 유리의 결정 화의 경우

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

연구

공학

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. Here, we introduce the molten-salt synthesis (MSS) method for making metal oxide nanomaterials. Advantages over other methods include its simplicity, greenness, reliability, scalability, and generalizability. Using pyrochlore lanthanum hafnium oxide (La2Hf2O7) as a representative, we describe the MSS protocol for the successful synthesis of complex metal oxide nanoparticles (NPs). Furthermore, this method has the unique ability to produce NPs with different material features by changing various synthesis parameters such as pH, temperature, duration, and post-annealing. By fine-tuning these parameters, we are able to synthesize highly uniform, non-agglomerated, and highly crystalline NPs. As a specific example, we vary the particle size of the La2Hf2O7&#160;NPs by changing the concentration of the ammonium hydroxide solution used in the MSS process, which allows us to further explore the effect of particle size on various properties. It is expected that the MSS method will become a more popular synthesis method for nanomaterials and more widely employed in the nanoscience and nanotechnology community in the upcoming years.

Here, we demonstrate a unique, relatively low-temperature, molten-salt synthesis method for preparing uniform complex metal oxide lanthanum hafnate nanoparticles.

녹은 소금 복합 금속 산화물 나노 입자의 합성

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

화학

Optimized Sealing Process and Real-Time Monitoring of Glass-to-Metal Seal Structures

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to demonstrate a novel protocol to characterize and measure residual stress in a glass-to-metal seal structure without destroying the insulation and hermeticity of sealing materials. In this research, a femto-laser inscribed fiber Bragg grating sensor is used. The glass-to-metal seal structure that is measured consists of a metal shell, sealing glass, and Kovar conductor. To make the measurements worthwhile, the specific heat treatment of metal-to-glass seal (MTGS) structure is explored to obtain the model with best hermeticity. Then, the FBG sensor is embedded into the path of sealing glass and becomes well-fused with the glass as the temperature cools to RT. The Bragg wavelength of FBG shifts with the residual stress generated in sealing the glass. To calculate the residual stress, the relationship between Bragg wavelength shift and strain is applied, and the finite element method is also used to make the results reliable. The online monitoring experiments of residual stress in sealing glass are carried out at different loads, such as high temperature and high pressure, to broaden functions of this protocol in harsh environments.

Key procedures to optimize the sealing process and achieve real-time monitoring of the metal-to-glass seal (MTGS) structure are described in detail. The embedded fiber Bragg grating (FBG) sensor is designed to achieve online monitoring of temperature and high-level residual stress in the MTGS with simultaneous environmental pressure monitoring.

최적화된 밀봉 공정 및 유리-금속 씰 구조의 실시간 모니터링

Residual stress is an essential factor to keeping the hermeticity and robustness of a glass-to-metal seal structure. The purpose of this report is to ...

Comparison of Two Different Synthesis Methods of Single Crystals of Superconducting Uranium Ditelluride

Single crystal specimens of the actinide compound uranium ditelluride, UTe2, are of great importance to the study and characterization of its dramatic unconventional superconductivity, believed to entail spin-triplet electron pairing. A variety in the superconducting properties of UTe2 reported in the literature indicates that discrepancies between synthesis methods yield crystals with different superconducting properties, including the absence of superconductivity entirely. This protocol describes a process to synthesize crystals that exhibit superconductivity via chemical vapor transport, which has consistently exhibited a superconducting critical temperature of 1.6 K and a double transition indicative of a multi-component order parameter. This is compared to a second protocol that is used to synthesize crystals via the molten metal flux growth technique, which produces samples that are not bulk superconductors. Differences in the crystal properties are revealed through a comparison of structural, chemical, and electronic property measurements, showing that the most dramatic disparity occurs in the low-temperature electrical resistance of the samples.

Here, we present a protocol to synthesize two types of UTe2 crystals: those exhibiting robust superconductivity, via chemical vapor transport synthesis, and those lacking superconductivity, via molten metal flux synthesis.

초전도 우라늄 디텔루라이드의 단결정의 두 가지 합성 방법의 비교

Single crystal specimens of the actinide compound uranium ditelluride, UTe2, are of great importance to the study and characterization of its dramatic ...

Hydrothermal Synthesis of Persistent Luminescent Nanoparticles

Synthesis of Persistent Luminescent Nanoparticles for Rewritable Displays and Illumination Applications

Persistent luminescent nanoparticles (PLNPs) possess the capabilities to maintain extended longevity and robust emission even after the excitation has ceased. PLNPs have been widely used across various domains, including information displays, data encryption, biological imaging, and artistic decoration with sustained and vivid luminosity, providing boundless possibilities for a variety of innovative technology and artistic projects. This protocol focuses on an experimental procedure for the hydrothermal synthesis of PLNPs. The successful synthesis of enduring luminescent nanomaterials with Mn2+ or Cr3+ serving as a luminescent center in Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) or ZnGa2O4: Cr highlights the universality of this synthetic method. On the other hand, the optical properties of ZGO: Mn can be changed by adjusting the pH of precursor solutions, demonstrating the tunability of the protocol. When charged with ultraviolet (UV) at a wavelength of 365 nm for 3 min and then stopped, PLNPs exhibit the remarkable capacity to generate afterglow efficiently and consistently, which makes them ideal for making two-dimensional rewritable displays and three-dimensional transparent, luminous artworks. This protocol outlined in this paper provides a feasible method for the synthesis of persistent luminescent nanoparticles for further illumination and imaging applications, opening up novel prospects for the fields of science and art.

저자 스포트라이트: 기능성 나노물질을 이용한 바이오이미징 및 치료의 발전

A protocol is presented for the synthesis of persistent luminescent nanomaterials (PLNPs) and their potential applications in rewritable displays and artistic processing utilizing the afterglow effect under ultraviolet light (365 nm) irradiation.

Synthesis of persistent luminescent nanoparticles for rewritable display and illumination applications(재기록 가능한 디스플레이 및 조명 응용을 위한 영구 발광 나노입자의 합성)

Persistent luminescent nanoparticles (PLNPs) possess the capabilities to maintain extended longevity and robust emission even after the excitation has ...

Fluid-cell Raman Spectroscopy for operando Studies of Reaction and Transport Phenomena during Silicate Glass Corrosion

Fluid-cell Raman Spectroscopy (FCRS) enables the real-time and space-resolved (operando) study of reaction mechanisms, kinetics, and their mutual interactions with transport processes during silicate glass corrosion at the micrometer scale and at elevated temperatures. This manuscript provides a detailed protocol for setting up an FCRS experiment, exemplified by a corrosion experiment with a ternary Na borosilicate glass and a 0.5 M NaHCO3 solution at a temperature of 86 &#177; 1 &#176;C. The protocol involves (i) sample preparation, (ii) assembly of the fluid cell, and (iii) setting of Raman measurement parameters for collecting Raman spectra across the sample/solution interface in regular time intervals. The results from the experiment show the formation of a water-rich zone between a silica-based surface alteration layer (SAL) and the pristine glass, which is an intrinsic feature of an interface-coupled dissolution-precipitation model for the formation of a SAL during silicate glass corrosion. The ability to track the reaction and transport processes during the corrosion of silicate glasses and potentially of other transparent materials, spatially resolved and in real-time, represents a unique strength of this technique, overcoming the disadvantages of conventional analysis of multi-step quenching experiments. The corrosion of the top side of the glass sample represents a current issue, reducing spatial resolution at depth due to precipitation within the laser pathway. This is caused by a solution-filled gap between the sapphire window of the fluid cell lid and the top side of the monolith, which is difficult to avoid during the experimental setup. This must be taken into account when choosing the depth at which the measurement should be made. In a few cases, the formation of air bubbles was observed, which disrupted or even led to the termination of the experiment. However, this can be avoided by carefully setting up the experiment, which requires little practice.

Fluid-cell Raman Spectroscopy (FCRS) enables in operando observations of reaction and transport phenomena during the aqueous corrosion of silicate glasses at a microscopic level, at elevated temperatures, and in real-time. Without interrupting ongoing processes, FCRS provides information about reaction mechanisms, kinetics, and transport processes.

Fluid-cell Raman Spectroscopy for operando Studies of reaction and transport phenomena during Silicate Glass Corrosion(규산염 유리 부식 중 반응 및 수송 현상 연구)를 위한 Fluid-cell Raman Spectroscopy

Fluid-cell Raman Spectroscopy (FCRS) enables the real-time and space-resolved (operando) study of reaction mechanisms, kinetics, and their mutual ...

Fabricating Optical-quality Glass Surfaces to Study Macrophage Fusion

Visualizing the formation of multinucleated giant cells (MGCs) from living specimens has been challenging due to the fact that most live imaging techniques require propagation of light through glass, but on glass macrophage fusion is a rare event. This protocol presents the fabrication of several optical-quality glass surfaces where adsorption of compounds containing long-chain hydrocarbons transforms glass into a fusogenic surface. First, preparation of clean glass surfaces as starting material for surface modification is described. Second, a method is provided for the adsorption of compounds containing long-chain hydrocarbons to convert non-fusogenic glass into a fusogenic substrate. Third, this protocol describes fabrication of surface micropatterns that promote a high degree of spatiotemporal control over MGC formation. Finally, fabricating glass bottom dishes is described. Examples of use of this in vitro cell system as a model to study macrophage fusion and MGC formation are shown.

This protocol describes the fabrication of optical-quality glass surfaces adsorbed with compounds containing long-chain hydrocarbons that can be used to monitor macrophage fusion of living specimens and enables super-resolution microscopy of fixed specimens.

대 식 세포 융합 연구 품질 광학 유리 표면 조작

Visualizing the formation of multinucleated giant cells (MGCs) from living specimens has been challenging due to the fact that most live imaging ...

면역학 및 감염병학

Synthesis of Nine-atom Deltahedral Zintl Ions of Germanium and their Functionalization with Organic Groups

Although the first studies of Zintl ions date between the late 1890's and early 1930's they were not structurally characterized until many years later.1,2 Their redox chemistry is even younger, just about ten years old, but despite this short history these deltahedral clusters ions E9n- (E = Si, Ge, Sn, Pb; n = 2, 3, 4) have already shown interesting and diverse reactivity and have been at the forefront of rapidly developing and exciting new chemistry.3-6 Notable milestones are the oxidative coupling of Ge94- clusters to oligomers and infinite chains,7-19 their metallation,14-16,20-25 capping by transition-metal organometallic fragments,26-34 insertion of a transition-metal atom at the center of the cluster which is sometimes combined with capping and oligomerization,35-47 addition of main-group organometallic fragments as exo-bonded substituents,48-50 and functionalization with various organic residues by reactions with organic halides and alkynes.51-58 
This latter development of attaching organic fragments directly to the clusters has opened up a new field, namely organo-Zintl chemistry, that is potentially fertile for further synthetic explorations, and it is the step-by-step procedure for the synthesis of germanium-divinyl clusters described herein. The initial steps outline the synthesis of an intermetallic precursor of K4Ge9 from which the Ge94- clusters are extracted later in solution. This involves fused-silica glass blowing, arc-welding of niobium containers, and handling of highly air-sensitive materials in a glove box. The air-sensitive K4Ge9 is then dissolved in ethylenediamine in the box and then alkenylated by a reaction with Me3SiC&equiv;CSiMe3. The reaction is followed by electrospray mass spectrometry while the resulting solution is used for obtaining single crystals containing the functionalized clusters [H2C=CH-Ge9-CH=CH2]2-. For this purpose the solution is centrifuged, filtered, and carefully layered with a toluene solution of 18-crown-6. Left undisturbed for a few days, the so-layered solutions produced orange crystalline blocks of [K(18-crown-6)]2[Ge9(HCCH2)2]&bull;en which were characterized by single-crystal X-ray diffraction. 
The process highlights standard reaction techniques, work-up, and analysis towards functionalized deltahedral Zintl clusters. It is hoped that it will help towards further development and understanding of these compounds in the community at large.

We present the high-temperature synthesis of intermetallic precursors K4Ge9, their dissolution in ethylenediamine to form Ge94- deltahedral Zintl ions, and the reaction of the clusters with alkynes to form organo-Zintl ions. The latter are characterized by electrospray mass spectrometry in solutions and by single-crystal X-ray diffraction in the solid state.

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