Dünyanın İlk Nükleer Patlaması, ‘İmkansız’ Bir Kristal Oluşturdu

Bu, ABD Ordusu'nun Trinity testi idi: Gadget olarak bilinen bir plütonyum içe patlama cihazının patlatılması – dünyanın ilk nükleer bomba denemesi. Ve 80 yıldan fazla bir süre sonra, bilim adamları hala bunun yol açtığı değişiklikleri keşfediyorlar.

Şimdi, dünyanın ilk kasıtlı nükleer patlamasının şiddetiyle oluşan bir mineralde, bilim adamları normal koşullar altında Dünya'da var olamayacak bir kristal keşfettiler.

İtalya'daki Floransa Üniversitesi'nden jeolog Luca Bindi liderliğindeki bir ekip, “Nükleer patlamaların yarattığı aşırı ve geçici koşullar, geleneksel sentezle elde edilemeyen katı hal fazları oluşturabilir” diye yazıyor.

“1945 Trinity nükleer denemesi sırasında oluşan, daha önce bilinmeyen bir kalsiyum bakır silikat tip I klatratın keşfini bildiriyoruz; bu, nükleer patlama ürünleri arasında tanımlanan ve kristalografik olarak doğrulanmış ilk klatrat.”

Patlamanın kendisi, böylesine yıkıcı bir an için beklenebileceği kadar dramatikti.

Serbest kalan enerji, 21 kiloton TNT'ye eşdeğerdi. Patlama, 30 metrelik (98 fit) test kulesini ve patlamayı kaydetmek için kullanılan kablolar ve aletler dahil olmak üzere çevredeki bakır altyapıyı buharlaştırdı.

Ortaya çıkan ateş topu, kuleyi ve bakırı, mantar bulutuna çekilen asfalt ve çöl kumu ile birleştirerek, karışımı daha sonra trinitit olarak adlandırılan, camsı, daha önce hiç görülmemiş bir malzemeye dönüştürdü.

Bilim adamları, bu malzemenin içinde bazı garip yapılar buldular. 2021'de Bindi ve meslektaşları, kule, kablolar ve kayıt aletlerinden gelen metaller içeren nadir kırmızı trinitit formunda beklenmedik bir kuasikristal tespit ettiler… ve şimdi bu malzeme varyantı bir başka sürpriz daha ortaya çıkardı.

Araştırmacılar, kuasikristalin hemen yanında bir klatrat buldular – bu, diğer atomları içinde hapsedebilen kafes benzeri bir kafes içinde düzenlenmiş atomlardan oluşan bir kristal yapıdır.

Kristal, belirli malzemelerin içindeki atomların düzenini tanımlamak için kullanılan bir terimdir ve çoğu kristal, kararlı koşullar altında oluşur. İnorganik klatratlar, oluşmaları için çok özel koşullar gerektirdikleri ve doğada nadiren bulundukları için özeldir.

Trinity patlaması sırasında bu koşulların bazıları kısa süreliğine sağlandı: aşırı şok, 1.500 santigrat dereceyi (yaklaşık 2.730 Fahrenheit) aşan sıcaklık ve 5 ila 8 gigapaskal arasında değişen basınçlar; ardından basınç hızla düştü.

Bu hızlı değişim ve ardından gelen hızlı soğuma, trinitit içindeki atomların alışılmadık konfigürasyonlarda bir araya gelmesine ve ardından sabitlenmesine olanak tanıdı; böylece normalde oluşamayacak yapılar ortaya çıktı.

Bu malzeme temelde zamanda donmuş bir andır ve patlama sırasında oluşan kısa süreli sıcaklık ve basınç koşullarının mineralojik bir anlık görüntüsünü korur – bilim adamları için bir hazine.

Kırmızı trinititin araştırmaları, şimdiden bir dizi olağandışı faz ortaya çıkarmıştır – ve klatrat, bu tür bir analiz sırasında ortaya çıkmıştır.

Araştırmacılar, X-ışını difraksiyonu kullanarak kırmızı trinitit örneğini incelediler ve içinde gömülü bakır açısından zengin bir damlacık tespit ettiler.

Daha ileri araştırmalar, alışılmadık bir atomik konfigürasyon ortaya çıkardı: silikon atomlarından oluşan “kafeslerin” tekli kalsiyum atomlarını tuttuğu ve eser miktarda bakır ve demir içeren kübik tip 1 klatrat.

Bu, bir nükleer patlamanın ürünlerinde bugüne kadar bulunan ilk klatrat örneğidir.

Ancak işin tuhaf yanı da burada başlıyor. Klatratların oluşumuna yol açan koşullar aynı zamanda yarıkristallerin oluşumunu da desteklediğinden ve klatrat ile yarıkristal benzer bileşimlere sahip olduğundan, Bindi ve meslektaşları bu iki yapının birbiriyle ilişkili olabileceğini düşündüler.

Yarı kristalin klatratlardan ortaya çıkıp çıkmadığını belirlemek için matematiksel modelleme yaptılar, ancak sonuçlar, bu yolun genel olarak mümkün olmasına rağmen, bu özel durumda bakır konsantrasyonunun çok yüksek olduğunu güçlü bir şekilde ortaya koydu.

Bu, aynı malzemelerden ve aynı aşırı koşullar altında oluşan iki çok farklı kristal fazının, aynı numune içinde bağımsız olarak ortaya çıktığı anlamına gelir.

Araştırmacılar, “Bu bulgular, Trinity yarıkristali için basit bir klatrat temelli yapısal yorumu dışlıyor ve aşırı koşullar altında oluşan silikon bakımından zengin fazların kendine özgü doğasını vurguluyor” diye yazıyor.

Bu tür araştırmalar, bilim insanlarının nükleer testlerin etkilerini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir ve hatta bu tür patlamaların meydana geldiği yerleri araştırmak için yeni adli araçlar sunabilir.

Daha genel olarak, araştırmacılar, “bu çalışma, nükleer patlamalar, yıldırım çarpmaları ve hiperhız çarpışmaları gibi nadir, yüksek enerjili olayların, beklenmedik kristal maddeler üretmek ve geleneksel sentezin ulaşamayacağı yapısal modelleri eleştirel olarak test etmek ve sınırlamak için doğal laboratuvarlar olarak nasıl hizmet ettiğini vurgulamaktadır” diyor.