Ученые обнаружили в тринитите новый кристалл после взрыва «Тринити»

16 июля 1945 года в Нью-Мексико армия США провела испытание «Тринити» — первый в истории взрыв ядерной бомбы. В 5:29 утра было детонировано плутониевое устройство «Гаджет». Спустя более 80 лет последствия этого события продолжают изучать ученые.

Исследователи обнаружили в тринитите — веществе, возникшем после взрыва, — необычный кристалл, который не способен сформироваться в обычных природных условиях. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Группа ученых под руководством геолога Луки Бинди из Флорентийского университета сообщила об открытии ранее неизвестного клатрата типа I на основе силиката кальция и меди. По словам авторов исследования, это первый подтвержденный кристаллографией клатрат, найденный среди продуктов ядерного взрыва.

Мощность детонации достигала 21 килотонны в тротиловом эквиваленте. Взрыв уничтожил 30-метровую башню и медные элементы инфраструктуры, включая кабели и измерительные приборы. Огненный шар расплавил металл, асфальт и песок пустыни. Позже эта стекловидная масса получила название тринитит.

Именно в этом материале ученые нашли необычные структуры. Еще в 2021 году Бинди с коллегами выявили редкий квазикристалл в красной разновидности тринитита, содержащей остатки металла башни и оборудования. Теперь рядом с ним обнаружили и клатрат — структуру с решеткой из атомов, способной удерживать другие атомы внутри.

Большинство кристаллов образуются в стабильной среде, однако неорганические клатраты требуют крайне редких условий. Во время испытания «Тринити» возникли температура выше 1500 градусов Цельсия, давление от 5 до 8 гигапаскалей и мощный ударный эффект. Затем параметры резко изменились, а материал быстро остыл.

Такие условия позволили атомам сформировать необычные соединения и закрепить их структуру. Тринитит сохранил своеобразный минералогический след кратковременных экстремальных условий, возникших в момент взрыва.

Во время анализа красного тринитита методом рентгеновской дифракции ученые нашли богатую медью каплю. Последующее исследование выявило кубический клатрат типа I. Его структура состоит из кремниевых «клеток», содержащих атомы кальция, а также следы железа и меди.

Поскольку условия образования квазикристаллов и клатратов схожи, исследователи предположили связь между двумя структурами. Однако математическое моделирование показало, что в данном случае содержание меди оказалось слишком высоким для такого сценария.

В итоге ученые пришли к выводу, что две разные кристаллические фазы сформировались независимо друг от друга, хотя возникли из одинаковых материалов и в одинаковой экстремальной среде.

«Эти результаты исключают простую структурную интерпретацию квазикристалла «Тринити», основанную на клатратах, и подчеркивают особую природу богатых кремнием фаз, образующихся в экстремальных условиях», — отметили авторы работы.

Читайте также: