一種新發現的準晶體由“三位一體”核試驗的第一次核爆炸產生
據外媒報導,一種新發現的由1945年7月16日在新墨西哥州“三位一體”核試驗場第一次核爆炸產生的準晶體,有朝一日可以幫助科學家更好地理解非法核爆炸並遏制核擴散。
洛斯·阿拉莫斯國家試驗室名譽主任、有關這一發現的論文的共同作者Terry C. Wallace說:“了解另一個國家的核武器需要我們清楚地了解他們的核試驗計劃。”該論文於週一發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。“我們通常分析放射性碎片和氣體,以了解武器是如何建造的,或者它們包含哪些材料,但是這些特徵會衰減。在核爆炸現場形成的準晶體有可能告訴我們新類型的信息,而且它們會永遠存在。”
新發現的材料是在第一次原子彈試驗的爆炸中意外形成的,它導致周圍的沙子、試驗塔和銅輸電線路融合成一種被稱為玻璃石的材料。準晶體是打破經典晶體材料規則的奇異材料。糖、鹽或石英等材料形成的晶體具有所謂的周期性秩序:原子的排列方式在三維空間中不斷重複。最早在20世紀80年代發現的準晶體,具有組成元素的原子結構,但其模式不是周期性的。由三位一體核試(Trinity)爆炸產生的紅色玻璃石樣本的準晶體具有5倍的旋轉對稱性,這在天然晶體中是不可能的。該準晶體的對稱組與被稱為二十面體的常規準晶體的對稱組相同,其化學式為Si61Cu30Ca7Fe2。這種新的類晶體現在是已知的人類最古老的類晶體,有一個明確無誤的時間戳(通過其組成、發現地點和放射性),表明其起源時刻。
“準晶體是在地球上很少存在的極端環境中形成的,”身為地球物理學家的Wallace說。“它們需要一個具有極端衝擊、溫度和壓力的創傷性事件。我們通常不會看到這種情況,除非是在像核爆炸這樣的戲劇性事件中。”形成這種準晶體的熱力學/衝擊條件與在Khatyrka隕石中發現的天然準晶體的形成條件大致相當,後者至少可以追溯到數億年前,也許可以追溯到太陽系的開始。
Wallace表示:“這種準晶體的複雜性非常壯觀–但是還沒有人能夠告訴我們它為什麼會以這種方式形成。但是有一天,一個科學家或工程師會弄清楚這個問題,我們會對它的形成有一個熱力學解釋。然後,我希望,我們可以利用這些知識來更好地理解核爆炸,並最終導致對核試驗所代表的內容有一個更完整的了解。”