22 юни 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

В първия тест за ядрена бомба е изкован „невъзможен“ квазикристал (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 19 май 2021 в 00:03 63980
Червен тринит. Mакроскопичен изглед на стъклен фрагмент. Кредит: Bindi et al., PNAS, 2021

Открит е неизвестен досега квазикристал, създаден от детонацията на първия тест „Тринити“ на атомна бомба в Лос Аламос през 1945 г. Както всички квазикристали, новият образец нарушава правилата за кристалографска симетрия, които се прилагат за обикновените (периодични) кристали.

Сутринта в 5:29  на 16 юли 1945 г., Ню Мексико, е ужасен момент от историята

Детонираното устройство е плутониево от имплозивен тип, същото като бомбата, пусната по-късно над Нагасаки в Япония.

Взривяването на бомбата „Тринити“ е етап от проекта "Манхатън" на Съединените щати.

Освободената енергия, еквивалентна на 21 килотона тротиловн еквивалент, изпарява 30-метровата тестова кула и километри медни проводници, свързващи я със записващото оборудване. Огненото кълбо споява кулата и медта с асфалта и пустинния пясък отдолу в зелено стъкло в нов минерал, наречен тринитит.

Десетилетия по-късно учените откриват тайна, скрита в парче от този тринит - рядка форма на материя, известна като квазикристал, някога смятана за невъзможна.

„Квазикристалите се образуват в екстремни среди, които рядко съществуват на Земята“, обяснява геофизикът Тери Уолас (Terry Wallace) от Националната лаборатория в Лос Аламос .

"Те изискват екстремно събитие с мощен удар, температура и налягане. Обикновено не се среща, освен в нещо толкова драматично като ядрена експлозия".

Въздушен изглед 28 часа след тестa „Тринити“ на 16 юли 1945 г. Ядреният взрив създава новооткрит квазикристал, който се образува в сливането на заобикалящия пясък, изпитателната кула и медни далекопроводи. Кредит: Los Alamos National Laboratory

"Невъзможният" кристал

Повечето кристали, от простата трапезна сол до най-твърдите диаманти, се подчиняват на едно и също правило: техните атоми са подредени в решетъчна структура, която се повтаря в триизмерното пространство (кристална решетка). Квазикристалите нарушават това правило - моделът, по който са разположени техните атоми, не се повтаря.

Когато концепцията за квазикритал бе представена от Дан Шехтман за пръв път през 1984 г., е посрещната с недоверие и дори насмешка от научния свят - всички са смятали, че това е невъзможно - кристалите са или подредени в решетка, или не са кристали.

При кристалите се наблюдава осева симетрия само от 1, 2, 3, 4 и 6-ти ред. Няма кристални решетки със симетрия от 5-ти ред и над шести ред

Но оксфордският професор Роджър Пенроуз, чието основно занимание била квантовата механика, открива няколко мозайки с петоъгълна ротационна симетрия като тази на схемата долу, но никой не е допускал, че такава подредба може да съществува извън математическите "забави".

"Казах на всеки, който е готов да слуша, че имам материал с петоъгълна симетрия. Хората просто ми се изсмяха", заявява в профила си в своя университет Шехтман. Апериодични мозайки, като тези на Пенроуз, са помогнали на учените да разберат на какво приличат квазикристалите на атомно ниво. 

Дифракционна електронна картина на квазикристал Ho-Mg-Zn. Снимка: Ron Lifschitz, Cornell University

По-късно обаче били открити други квазикристали с различен състав и различни симетрии – от пети, седми и по-висши редове. Вече по-прецизни експерименти разсеяли всякакви съмнения и доказали, че симетрията на квазикристалите е на всички нива, чак до атомите. Това е наистина нова структура на организация на материята.

Квазикристал

След първият, открит от Дан Шехтман квазикристал (наречен шехтматин), са открити още стотици други, най-често многометални сплави и някои полимери, както създадени в лабораторни условия, така и в дивата природа - дълбоко в метеоритите, изковани от термодинамичен сблъсък с висока скорост - например като в този метеорит, наречен "Хатирка", в коритото на руска река в Чукотка.

През 1992 Международният съюз по кристалография променя своето определение на кристал, разширява го като резултат от усилията на Шехтман, като признава възможността за периодично или непериодично подреждане.

В края на краищата Шехтман “е принудил учените да преразгледат своята концепция за самата същност на материята”, казва Шведската Академия са присъждане на нобелови премии и през октомври 2011 г. Шехтман получава най-добрата реабилитация - Нобелова награда за химия.

Квазикристал, изкован от атомна бомба

Знаейки, че за образуването на квазикристали са необходими екстремни условия, екип от учени, ръководен от геолога Лука Бинди (Luca Bindi) от Университета на Флоренция в Италия, решава да разгледа по-отблизо тринитита, получен от ядрената експлозия.

Квазикристалът, открит от екипа и създаден от експеримента "Тринити", е червен тринит с невъзможната в естествен кристал 5-кратна ротационна симетрия, с неизвестен досега състав на икосаедричен квазикристал, Si 61 Cu 30 Ca 7 Fe 2.

Пробата от червен тринит, която съдържа квазикристала. Кредит: Bindi et al., PNAS, 2021

Този нов квазикристал сега е най-старият известен квазикристал, създаден от човека, с недвусмислен клеймо за време (чрез неговия състав, местоположение на откритието и радиоактивност), указващ момента на произхода му.

Условията на екстремно налягане и температура, при които се е образувал този квазикристал, са приблизително сравними с тези, които са образували естествените квазикристали, открити в метеорита Хатирка, който датира от поне стотици милиони години и може би още от началото на Слънчевата система.

„Този ​​квазикристал е великолепен по своята сложност, но все още никой не може да ни каже защо е образуван по този начин. Но някой ден учен или инженер ще разбере това и ще имаме термодинамично обяснение за създаването му. Тогава, надявам се, можем да използваме тези знания, за да разберем по-добре ядрените експлозии и в крайна сметка да доведем до по-пълна картина на това, което представлява ядреният тест“, коментира Уолъс.

Изследването може също да помогне да се идентифицират по-добре незаконните ядрени опити, с евентуалната цел да се ограничи разпространението на ядрено въоръжение, отбелязват изследователите. Изследването на минералите, изкопани на други места за ядрени опити, може да разкрие повече квазикристали.

Справка: Accidental synthesis of a previously unknown quasicrystal in the first atomic bomb test

Luca Bindi, William Kolb, G. Nelson Eby, Paul D. Asimow, Terry C. Wallace, Paul J. Steinhardt
Proceedings of the National Academy of Sciences Jun 2021, 118 (22) e2101350118; DOI: 10.1073/pnas.2101350118

Източници: 

An 'Impossible' Quasicrystal Was Forged in The World's First Nuclear Bomb Test, ScienceAlert

Discovery of new material could someday aid in nuclear nonproliferation, Los Alamos National Laboratory


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.