Ядерний вибух створив кристал, який неможливо відтворити в лабораторії: чим він особливий

У липні 1945 року під час першого у світі випробування ядерної бомби «Трініті» в штаті Нью-Мексико (США) утворився тринітит — склоподібний матеріал. Нещодавно під час дослідження рідкісного червоного різновиду цього скла науковці виявили абсолютно нову кристалічну структуру, яка раніше не зустрічалася.

Про деталі відкриття дослідники повідомили у науковому журналі Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Як ядерний вибух створив унікальний матеріал

Коли вибухнула перша плутонієва бомба, неймовірна температура (понад 1500 °C) та надвисокий тиск розплавили пустельний пісок, 30-метрову металеву вежу, мідні кабелі та вимірювальні прилади. Після швидкого охолодження ця суміш перетворилася на склоподібну кірку — тринітит. Більшість таких уламків має зеленуватий відтінок, але існує рідкісний червоний тринітит, забарвлений міддю від випаруваної інфраструктури.

Саме в мідній краплі всередині такого червоного скла вчені знайшли невідомий раніше кристал — Ca–Cu–Si клатрат першого типу. Клатрати — це структури з порожнистим каркасом. У цьому випадку атоми кремнію утворили своєрідну «клітку», всередині якої опинилися атоми кальцію, міді та заліза.

Чому це відкриття важливе для науки

Це перший клатрат, кристалічну структуру якого вдалося підтвердити серед продуктів ядерного вибуху. Дослідники зазначають, що матеріал є метастабільним: він утворився лише завдяки екстремальним, дуже коротким процесам (високому тиску та блискавичному нагріванню з наступним охолодженням). Його вкрай важко або взагалі неможливо відтворити під час звичайного лабораторного синтезу.

Цікаво, що раніше в цьому ж зразку червоного тринітиту виявили іншу вкрай рідкісну структуру — ікосаедричний квазікристал (упорядковану структуру без стандартного повторюваного візерунка звичайних кристалів). Оскільки обидві знахідки багаті на кремній, утворилися в однакових умовах і навіть у схожих мідних краплях, вчені припустили, що квазікристал міг утворитися з клатрата.

Однак комп’ютерне моделювання спростувало цю теорію: через занадто високий вміст міді у квазікристалі такий шлях структурної трансформації неможливий. Тож обидва унікальні матеріали виникли незалежно один від одного в перші секунди після детонації.

Це відкриття підкреслює, що події з виділенням величезної енергії — ядерні вибухи, удари блискавок чи падіння метеоритів — працюють як природні лабораторії, здатні створювати несподівані форми кристалічної матерії.

Нагадаємо, вчені знайшли нові докази, що золото та інші дорогоцінні метали можуть підійматися з ядра Землі до поверхні. Сліди рутенію знайшли в лаві Гавайських островів.

Читати публікацію повністю →