Материята се държи странно при екстремни условия и често артефакти от това поведение остават, дори когато условията се нормализират. Ядреният тест "Тринити" през 1945 г. е оставил такива останки и сега, 80 години след експлозията, изследователи са идентифицирали друг уникален пример за това какво се случва, когато различни материали се нагряват до температури над 1500 °C и се подлагат на налягане десетки хиляди пъти по-високо от атмосферното налягане.
В новото си проучване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences, екипът описва клатратно съединение, което никога преди не е било откривано сред продуктите от ядрени експлозии.
Тринитит: Уникалният продукт от ядрената експлозия на Тринити
Екстремните условия, породени от експлозията на Тринити, последвани от бърз процес на охлаждане, са слели частици от тестовата кула на обекта, медната ѝ инфраструктура и големи обеми от околния пясък на пустинята Ню Мексико. Резултатът е стъкловиден материал, наречен тринитит.
Повечето тринитити изглеждат зелени на цвят, но има и друга, по-рядка форма, наречена "червен тринитит". Червеният тринитит е обогатен с метали, произхождащи от изпарената кула, коаксиалните кабели и записващите инструменти в Тринити. В тази форма изследователите са идентифицирали новото кристално съединение.
"Систематичното изследване на метални капчици в червения тринитит разкрива редица необичайни фази, отразяващи уникалните химични среди, получени по време на експлозията", пишат авторите на изследването.
Първият клатратен продукт, открит при ядрена експлозия
Използвайки електронен микросондов анализ и рентгенова дифракция за анализ на пробите от червен тринитит, изследователите са идентифицирали малко количество клатрат - кристално съединение, състоящо се от решетка, която улавя или съдържа гостоприемни молекули в рамките на подобни на клетка структури. Клатратът е открит в богата на мед метална капка в тринитита. Екипът установява, че материалът е съставен от силиций, калций, мед и малко количество желязо (със състав Si 85 Ca 12 Cu 2 Fe 1) и има кубична клатратна структура тип I. В този случай, подобната на клетка структура съдържа калциев атом в центъра.
"Съобщаваме за откритието на неизвестен досега Ca-Cu-Si клатрат тип I, образуван по време на ядрения тест Тринити, представляващ първото кристалографски потвърдено наличие на клатрат сред твърдите продукти на ядрена детонация. Неговата структура, състав и метастабилен характер отразяват образуването при екстремни, краткотрайни условия на налягане-температура, недостъпни за равновесен лабораторен синтез", пише изследователският екип.
Ca–Cu–Si клатрат тип I: Отдавна изгубеният роднина на квазикристала
По-ранни изследвания също бяха открили богат на Si икосаедричен квазикристал в богата на мед част от червения тринитит, но произходът и точната му структура все още бяха неясни. Приликите между квазикристала и новата форма на клатрат повдигнаха въпроси пред изследователите.
"Този квазикристал, образуван при идентични екстремни условия, се среща в рамките на подобни богати на мед метални капчици и показва необичайно богата на силиций химия в системата Ca–Cu–Si–(Fe). Тъй като и клатратът, и квазикристалът са съставени от типични елементи, открити или в пустинния пясък, или в металната кула, изглежда очевидно, че и двата са се образували при детонацията", пишат изследователите
За да се определи повече за потенциалната връзка между квазикристала и клатрата, екипът проведе изчисления на теорията на функционалната плътност , за да тества стабилността на клатратните и квазикристалните модели и да установи дали клатратните структури остават жизнеспособни, когато съдържанието на мед се приближи до нивото в квазикристала Тринити.
Екипът открива ясни ограничения върху структурната връзка между кристалните фази на квазикристала и клатрата. По-специално, структурите, получени от клатрат, се оказаха стабилни само при ниски нива на мед от около 10–11%, а не при високото съдържание на мед, наблюдавано в квазикристала Тринити. По-високите нива на мед от около 21% водят до структурна нестабилност, загуба на клатратна топология и аморфизация. Така че, въпреки общия произход, различните нива на мед доведоха до отделни типове структури.
Тези редки форми на материя са метастабилни и се образуват само при екстремни, краткотрайни условия, което ги прави трудни за възпроизвеждане в лаборатория. Действителната структура на квазикристала Тринити остава неуточнена поради малкия размер на пробата, високата стойност и рисковете при работа, но това ново откритие помогна за повече усъвършенстване на знанията за неговата структура.
"Тези открития изключват проста, базирана на клатрати, структурна интерпретация за квазикристала Тринити и подчертаватава как редки, високоенергийни събития – като ядрени детонации, удари от мълнии и свръхскоростни удари – служат като естествени лаборатории за производство на неочаквана кристална материя и за критично тестване и ограничаване на структурни модели извън обсега на конвенционалния синтез", заключават авторите на изследването.
Справка: Luca Bindi et al, Extreme nonequilibrium synthesis of a Ca–Cu–Si clathrate during the Trinity nuclear test, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2604165123
Източник: 80 years after the Trinity nuclear test, scientists identify new molecule-trapping crystal formed in the blast, Krystal Kasal, Phys.org
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
"Ад" на Данте описва удар на астероид 500 години преди съвременната наука
10-годишно момиче открива рядък мексикански аксолотъл. Какво знаем за тези животни
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване
Хората с тъмни черти на характера са естествено склонни към лидерски роли, установява ново проучване