На месте первого ядерного взрыва нашли необычное соединение
В образцах красного тринитита, появившегося после первого ядерного испытания «Тринити» в 1945 году, исследователи обнаружили ранее неизвестное кристаллическое соединение. Учёные идентифицировали клатрат I типа — структуру, которую прежде не фиксировали среди твёрдых продуктов ядерных взрывов. Об открытии сообщил Phys.org.
Испытание «Тринити» прошло 16 июля 1945 года в пустыне Нью-Мексико. После детонации температура в эпицентре превысила 1500 градусов Цельсия, а давление выросло в десятки тысяч раз выше атмосферного. Песок, металл башни и медные элементы оборудования расплавились и быстро остыли, образовав стеклообразный материал — тринитит.
Большинство таких образцов имеет зелёный цвет. Однако исследователи отдельно изучили редкий красный тринитит, насыщенный металлами из испарившихся кабелей, аппаратуры и конструкций. Именно в нём команда обнаружила необычную кристаллическую фазу.
С помощью электронного микрозондового анализа и рентгеновской дифракции учёные изучили металлическую каплю с высоким содержанием меди. Внутри неё они нашли клатрат Ca-Cu-Si I типа с формулой Si₈₅Ca₁₂Cu₂Fe₁. Такая структура представляет собой кристаллическую решётку с «клетками», внутри которых удерживаются отдельные атомы. В центре каждой ячейки находился кальций.
Авторы исследования отметили, что химические процессы во время взрыва создали условия для появления редких фаз, которые невозможно получить обычными методами синтеза.
Ранее в этой же фракции красного тринитита уже находили икосаэдрический квазикристалл с высоким содержанием кремния. После обнаружения нового клатрата учёные решили проверить, связаны ли оба материала единым механизмом формирования.
Для этого команда провела квантово-механическое моделирование и рассчитала устойчивость структур при разной концентрации меди. Выяснилось, что клатрат остаётся стабильным только при низком содержании меди — около 10–11%. При увеличении концентрации до уровней, характерных для квазикристалла «Тринити», структура теряет устойчивость и разрушается.
Исследователи пришли к выводу, что клатрат и квазикристалл сформировались независимо друг от друга, хотя возникли в результате одного взрыва. Оба материала относятся к метастабильным структурам — они сохранились благодаря сверхбыстрому переходу вещества из экстремального состояния в твёрдую фазу.
Учёные считают, что высокоэнергетические события вроде ядерных взрывов, ударов молний и сверхскоростных столкновений позволяют наблюдать материалы, которые невозможно создать в стандартных лабораторных условиях.