RW Space

Мы не всегда можем точно определить момент, когда мир меняется.

Но когда рассвет в Нью-Мексико взорвался в 5:29 утра 16 июля 1945 года, это, без сомнения, стал поворотным моментом в истории человечества.

Это было испытание «Тринити», проведенное армией США: взрыв плутониевого имплозивного устройства, известного как «Гаджет» – самое первое в мире испытание ядерного оружия бомба. И спустя более 80 лет ученые все еще находят вызванные им изменения.

Теперь в минерале, выкованном в ярости первого в мире преднамеренного ядерного взрыва, ученые нашли кристалл, который при более нормальных обстоятельствах не смог бы существовать на Земле.

«Экстремальные, переходные условия, вызванные ядерными взрывами, могут привести к образованию твердотельных фаз, недоступных для обычного синтеза», — пишет группа под руководством геолога Луки Бинди из Флорентийского университета в Италии.

«Мы сообщаем об открытии ранее неизвестного клатрата силиката кальция и меди типа I, образовавшегося во время ядерного испытания Тринити в 1945 году; первый кристаллографически подтвержденный клатрат, обнаруженный среди продуктов ядерного взрыва».

Сам взрыв был настолько драматичным, насколько можно было ожидать для такого разрушительного момента.

Выброс энергии был эквивалентен 21 килотонне в тротиловом эквиваленте. Он испарил 30-метровую (98-футовую) испытательную башню и окружающую медную инфраструктуру, включая кабели и инструменты, использованные для записи взрыва.

Полученный огненный шар сплавил башню и медь с асфальтом и песком пустыни, которые были подняты в грибовидное облако, превратив смесь в стекловидный, никогда ранее не встречавшийся материал, позже названный тринититом.

Именно внутри этого материала ученые обнаружили несколько странных структур. В 2021 году Бинди и его коллеги обнаружили неожиданный квазикристалл редкой красной формы тринитита, который содержит металл из башни, кабелей и записывающих инструментов… и теперь этот вариант материала преподнес еще один сюрприз.

Рядом с квазикристаллом исследователи обнаружили клатрат — кристаллическую структуру, состоящую из атомов, расположенных в клетке, похожей на решетку, которая может удерживать внутри себя другие атомы.

Кристалл — это термин, используемый для описания расположения атомов внутри определенных материалов, и большинство кристаллов образуются в стабильных условиях. Неорганические клатраты особенные, поскольку для их образования требуются очень специфические условия, и они редко встречаются в природе.

Некоторые из таких условий на короткое время наблюдались во время взрыва Тринити: сильный шок, температура, превышающая 1500 градусов по Цельсию (около 2730 градусов по Фаренгейту), и давление от 5 до 8 гигапаскалей, которое затем быстро падало.

Это быстрое изменение, за которым последовало быстрое охлаждение, позволило атомам образовать тринитит собирается в необычные конфигурации, а затем фиксируется на месте, создавая структуры, которые в противном случае не смогли бы сформироваться.

Этот материал, по сути, представляет собой момент, замороженный во времени, сохраняющий минералогический снимок кратких условий температуры и давления, возникших во время детонации – сокровищница для ученых.

Исследования красного тринитита уже выявили ряд необычных фаз – и в ходе одного из таких анализов появился клатрат.

С помощью рентгеновских лучей В результате дифракции исследователи исследовали образец красного тринитита и обнаружили в нем каплю, богатую медью.

Дальнейшее исследование выявило необычную атомную конфигурацию – кубический клатрат типа 1, в котором «клетки» атомов кремния содержат отдельные атомы кальция со следами меди и железа.

Он представляет собой первый клатрат, когда-либо обнаруженный в продуктах ядерного взрыва.

Но вот что становится странным. Поскольку одни и те же условия, при которых образуются клатраты, также способствуют образованию квазикристаллов, а клатрат и квазикристалл имели схожий состав, Бинди и его коллеги предположили, что эти две структуры могут быть связаны.

Они провели математическое моделирование, чтобы определить, мог ли квазикристалл возникнуть из клатрата, но результаты убедительно показали, что, хотя этот путь в целом возможен, в данном конкретном случае концентрация меди была слишком высокой. высокая.

Это означает, что две совершенно разные кристаллические фазы, образовавшиеся из одних и тех же материалов в одних и тех же экстремальных условиях, возникли независимо в одном образце.

Связанный: Физики создают новый тип квазикристалла времени – внутри алмаза

«Эти результаты исключают простую структурную интерпретацию квазикристалла Тринити на основе клатрата и подчеркивают особую природу образующихся фаз, богатых кремнием. в экстремальных условиях», — пишут исследователи.

Подобные исследования могут помочь ученым лучше понять последствия ядерных испытаний и даже предложить новые судебно-медицинские инструменты для исследования мест, где произошли такие взрывы.

В более широком смысле, отмечают исследователи, «эта работа подчеркивает, как редкие высокоэнергетические события, такие как ядерные взрывы, удары молний и сверхскоростные удары, служат естественными лабораториями для создания неожиданной кристаллической материи, а также для критического тестирования и ограничения структурных воздействий». модели, недоступные обычному синтезу».

Результаты были опубликованы в Трудах Национальной академии наук.