Даже сейчас, спустя десятилетия, радиоактивное стекло, образовавшееся в результате взрыва, обнаруживает новые вещества, которые обычная химия не может объяснить.
Когда в 1945 году на полигоне Тринити взорвалась первая ядерная бомба, она превратила пустынные пески в уникальную лабораторию для невозможных научных исследований.
Даже сейчас, спустя десятилетия, радиоактивное стекло, образовавшееся в результате взрыва, обнаруживает новые вещества, которые обычная химия не может объяснить.
Недавно исследователи обнаружили ранее неизвестный кальций-медь-кремниевый клатрат в обломках ядерного испытания «Тринити» 1945 года. Этот кубический, похожий на клетку кристалл, обнаруженный в обломках стекла тринитита, образовавшегося в результате взрыва, представляет собой первый подтвержденный клатрат, полученный в результате ядерного взрыва. Интересно, что этот кристалл невозможно получить в стандартной лаборатории.
«Мы сообщаем об открытии ранее неизвестного клатрата типа I Ca–Cu–Si, образовавшегося во время ядерного испытания «Тринити» в 1945 году; это первый кристаллографически подтвержденный клатрат, идентифицированный среди продуктов ядерного взрыва», — написали исследователи из Флорентийского университета в своей статье.
Кристалл, рожденный из ядерного огня
Клатраты — это архитектурные чудеса микроскопического мира. Эти кристаллы состоят из атомных «клеток», которые удерживают внутри себя атомы-гости.
Согласно исследованию, этот ранее неизвестный материал представляет собой клатрат I типа, состоящий из кальция, меди и кремния. Данная конкретная версия имеет кубическую форму и геометрические фигуры, напоминающие 12-гранные додекаэдры.
Его структура представляет собой молекулярную клетку, построенную из кремний-медного каркаса, образующего жесткую решетку. Эти геометрические клетки удерживают атомы кальция, создавая стабильное, но экзотическое расположение вещества, которое не встречается в обычных условиях окружающей среды.
Для его создания природе потребовались специфические, крайне неравновесные условия 16 июля 1945 года. Речь идёт о миллионах градусов жары, сокрушительном атмосферном давлении и настолько быстром процессе охлаждения, что атомы фактически застыли в воздухе, прежде чем смогли вернуться в нормальное состояние.
Эти условия позволяют образовываться неравновесным фазам: материалам, которые просто невозможно создать с помощью обычного лабораторного синтеза.
В рамках этого исследования команда объединила атомное картирование с физически обоснованными прогнозами стабильности, чтобы понять структуру обломков после взрыва.
«Благодаря сочетанию кристаллографической характеристики с расчетами из первых принципов, эта работа вносит вклад в материаловедение, физику конденсированных сред и ядерную криминалистику, демонстрируя, как экстремальные условия могут изменять кристаллическую материю вдали от равновесия», — отмечается в исследовании.
Атомные снимки
Хотя это открытие и представляет исторический интерес, его истинное значение заключается в том, чему оно нас учит о фундаментальных законах физики.
Новый клатрат был обнаружен рядом с икосаэдрическим квазикристаллом, еще одной запрещенной структурой, выявленной в материалах Тринити много лет назад.
Эти кристаллы запечатлевают долю секунды физических явлений, которые человек почти никогда не наблюдает непосредственно. По словам ведущего исследователя Луки Бинди, эти микроскопические структуры помогают нам понять, как ведет себя материя во время других высокоэнергетических космических событий, таких как удары молний, падения метеоритов и даже столкновения планет.
Поскольку клатраты образуются только в очень узких диапазонах высоких энергий, они служат «снимками» физики и химии, функционирующих на пределе своих возможностей.
В конечном итоге, новые открытия могут заполнить пробел между техногенными взрывами и космическими явлениями, предоставив важные новые сведения как для минералогии, так и для физики конденсированных сред.
В материаловении это может помочь выявить новые атомные структуры для будущего синтетического проектирования, а в физике конденсированных сред — исследовать, как материя функционирует в экстремальных, нестабильных условиях.
Кроме того, эта работа помогает в ядерной криминалистике, позволяя установить минеральный состав для восстановления конкретных температур и давлений прошлых или неустановленных ядерных событий.
Результаты исследования были опубликованы в журнале PNAS 11 мая.
Sourse: interestingengineering.com
