Jabarkan Sintesis dalam ledakan nuklir dari Fermium

Analisis puing-puing pada uji coba nuklir Ivy Mike 10-megaton adalah bagian dari proyek jangka panjang, salah satu tujuannya adalah mempelajari efisiensi produksi unsur transuranium dalam ledakan nuklir berdaya tinggi. Motivasi untuk percobaan ini adalah sebagai berikut: sintesis unsur-unsur tersebut dari uranium membutuhkan penangkapan neutron berlipat. Probabilitas kejadian tersebut meningkat dengan fluks neutron, dan ledakan nuklir adalah sumber neutron yang paling kuat, memberikan densitas 1023 neutron/cm2 dalam satu mikrodetik, yaitu sekitar 1029 neutron/(cm2·s). Sebagai perbandingan, fluks reaktor HFIR adalah 5 neutron/(cm2·s). Sebuah laboratorium khusus didirikan tepat di atol Enewetak untuk analisis awal puing-puing, karena beberapa isotop dapat meluruh pada saat sampel puing mencapai A.S. Laboratorium menerima sampel untuk analisis, sesegera mungkin, dari pesawat yang dilengkapi dengan filter kertas yang terbang di atas atol setelah ujian. Harapan untuk menemukan unsur kimia baru yang lebih berat dari fermium pun kandas setelah serangkaian ledakan bermegaton yang dilakukan antara tahun 1954 dan 1956 di atol itu tidak mengahasilkan unsur kimia baru apapun.

Hasil di atmosfer dilengkapi dengan data uji bawah tanah yang terakumulasi pada 1960-an di Situs Uji Nevada, karena diharapkan ledakan kuat yang dilakukan di ruang terbatas dapat menghasilkan hasil yang lebih baik dan isotop yang lebih berat. Selain muatan uranium tradisional, kombinasi uranium dengan amerisium dan torium telah dicoba, serta muatan campuran plutonium-neptunium. Mereka kurang berhasil dalam hal hasil, yang dikaitkan dengan hilangnya isotop berat yang lebih kuat karena peningkatan laju fisi dalam muatan unsur berat. Isolasi produk ditemukan agak bermasalah, karena ledakan menyebarkan puing-puing melalui batuan yang meleleh dan menguap di bawah kedalaman 300–600 meter, dan pengeboran hingga kedalaman tersebut untuk mengekstraksi produk dinilai lambat dan tidak efisien dalam hal dari volume yang terkumpul.

Di antara sembilan uji bawah tanah, yang dilakukan antara tahun 1962 dan 1969 dan diberi nama sandi Anacostia (5,2 kiloton, 1962), Kennebec (<5 kiloton, 1963), Par (38 kiloton, 1964), Barbel (<20 kiloton, 1964), Tweed (<20 kiloton, 1965), Cyclamen (13 kiloton, 1966), Kankakee (20-200 kiloton, 1966), Vulcan (25 kiloton, 1966), dan Hutch (20-200 kiloton, 1969), yang terakhir adalah yang paling kuat dan memiliki hasil unsur transuranium tertinggi. Dalam ketergantungan pada nomor massa atom, hasilnya menunjukkan perilaku "gigi gergaji" dengan nilai isotop ganjil yang lebih rendah, karena laju fisi yang lebih tinggi. Namun, masalah praktis utama dari seluruh proposal adalah mengumpulkan puing-puing radioaktif yang tersebar akibat ledakan dahsyat itu. Filter pesawat hanya menyerap sekitar 4 dari jumlah total dan kumpulan berton-ton karang di atol Enewetak meningkatkan fraksi ini hanya dua kali lipat. Ekstraksi sekitar 500 kilogram batuan bawah tanah 60 hari setelah ledakan Hutch hanya memulihkan sekitar 10−7 dari total muatan. Jumlah unsur transuranium dalam kumpulan 500 kg ini hanya 30 kali lebih tinggi dibandingkan dengan batu seberat 0,4 kg yang diambil 7 hari setelah pengujian. Pengamatan ini menunjukkan ketergantungan yang sangat nonlinear dari hasil unsur transuranium pada jumlah batuan radioaktif yang diambil. Untuk mempercepat pengumpulan sampel setelah ledakan, poros dibor di lokasi bukan setelah tetapi sebelum pengujian, sehingga ledakan akan mengeluarkan bahan radioaktif dari pusat gempa, melalui poros, untuk mengumpulkan volume di dekat permukaan. Metode ini dicoba dalam uji Anacostia dan Kennebec dan secara instan menghasilkan ratusan kilogram material, tetapi dengan konsentrasi aktinida 3 kali lebih rendah daripada sampel yang diperoleh setelah pengeboran; walaupun metode seperti itu bisa saja efisien dalam studi ilmiah isotop berumur pendek, metode itu tidak dapat meningkatkan efisiensi pengumpulan keseluruhan aktinida yang dihasilkan.

Meskipun tidak ada unsur baru (selain einsteinium dan fermium) yang dapat dideteksi dalam puing uji nuklir, dan hasil total unsur transuranium sangatlah rendah, uji ini memang memberikan jumlah isotop berat langka yang jauh lebih tinggi daripada yang tersedia sebelumnya di laboratorium. Misalnya, 6 atom 257Fm dapat dipulihkan setelah ledakan Hutch. Mereka kemudian digunakan dalam studi fisi 257Fm terinduksi neutron termal dan dalam penemuan isotop fermium baru 258Fm. Juga, isotop 250Cm yang langka disintesis dalam jumlah besar, yang sangat sulit diproduksi di reaktor nuklir dari nenek moyangnya 249Cm; waktu paruh 249Cm (64 menit) terlalu pendek untuk iradiasi reaktor selama berbulan-bulan, tetapi sangat "panjang" pada skala waktu ledakan.