Bild av rött trinititprov som innehöll kvasikristallen. Upphovsman:Luca Bindi och Paul J. Steinhardt.
En nyupptäckt kvasikristall som skapades av den första kärnkraftsexplosionen på Trinity Site, N.M., den 16 juli, 1945, kan en dag hjälpa forskare att bättre förstå olagliga kärnkraftsexplosioner och begränsa kärnkraftsutbredningen.
"För att förstå andra länders kärnvapen krävs att vi har en klar förståelse för deras kärnkraftsprovningsprogram, "sa Terry C. Wallace, emeritusdirektör för Los Alamos National Laboratory och medförfattare till tidningen om upptäckten, som publicerades idag i PNAS . "Vi brukar analysera radioaktivt skräp och gaser för att förstå hur vapnen byggdes eller vilka material de innehöll, men dessa signaturer förfaller. En kvasikristall som bildas på platsen för en kärnvapensprängning kan potentiellt berätta för oss nya typer av information - och de kommer att finnas för alltid. "
Det nyupptäckta materialet bildades av misstag i sprängningen av det första atombombtestet, vilket resulterade i sammansmältning av omgivande sand, testtornet, och kopparöverföringsledningar till ett glasartat material som kallas trinitit. Kvasikristaller är exotiskt material som bryter mot reglerna för klassiska kristallina material. Material som socker, salt, eller kvarts bildar kristaller med det som kallas en periodisk ordning:atomerna är arrangerade i ett mönster som upprepar sig i tre dimensioner. Kvasikristaller, upptäcktes först på 1980 -talet, har en atomstruktur av de ingående elementen, men mönstret är inte periodiskt. Kvasikristallen, skapad av treenighetsexplosionen i ett prov av röd trinitit, har femfaldig rotationssymmetri, vilket inte är möjligt i en naturlig kristall. Symmetri-gruppen för kvasikristallen är densamma som den för det vanliga 20-sidiga fasta ämnet som kallas en icosahedron, och kemin ges med formeln Si 61 Cu 30 Ca 7 Fe 2 . Denna nya kvaskristall är nu den äldsta kända, konstgjorda kvaskristallen, med en omisskännlig tidsstämpel (genom dess sammansättning, plats för upptäckt, och radioaktivitet), som anger dess ursprungsmoment.
"Kvasikristaller bildas i extrema miljöer som sällan existerar på jorden, sa Wallace, som är geofysiker. "De kräver en traumatisk händelse med extrem chock, temperatur, och tryck. Vi brukar inte se det, utom i något så dramatiskt som en kärnkraftsexplosion. "De termodynamiska/chockförhållanden under vilka denna kvasikristall bildades är ungefär jämförbara med dem som bildade de naturliga kvasikristaller som upptäcktes i Khatyrka -meteoriten, som går tillbaka åtminstone hundratals miljoner år och kanske så långt tillbaka som i början av solsystemet.
En flygvy från marknoll 28 timmar efter treenighetstestet den 16 juli, 1945. Kärnvapensprängningen skapade en nyupptäckt kvasikristall som bildades i sammansmältningen av omgivande sand, testtornet, och kopparöverföringsledningar. Upphovsman:Los Alamos National Laboratory
Kombinerade röntgenkartor av den polerade ytan av det studerade provet, vilket indikerar variationen i den kemiska sammansättningen av Ca-Si-Al. Upphovsman:Luca Bindi och Paul J. Steinhardt.
"Denna kvasikristall är magnifik i sin komplexitet - men ingen kan ännu berätta varför den bildades på detta sätt. Men någon gång, en forskare eller ingenjör kommer att räkna ut det och skalorna kommer att lyftas från våra ögon och vi kommer att ha en termodynamisk förklaring till dess skapande. Sedan, Jag hoppas, vi kan använda den kunskapen för att bättre förstå kärnkraftsexplosioner och i slutändan leda till en mer fullständig bild av vad ett kärnvapenprov representerar, sa Wallace.
Back-scattered scanning electron microscope image of the studied metal droplet containing the quasicrystal, med Cu, Cu2S, och Si61Cu30Ca7Fe2 funktioner märkta. Upphovsman:Luca Bindi och Paul J. Steinhardt.
Papperet skrevs i samarbete med University of Florence, Italien, University of Massachusetts, Caltech, och Princeton University.
