Explozia atomică de la Hiroshima a creat un metal nemaivăzut până atunci pe Pământ

Lumea s-a schimbat pentru totdeauna la 6 august 1945.

Aceea a fost ziua în care omenirea a folosit pentru prima dată în mod deliberat cea mai puternică armă concepută vreodată împotriva propriei sale populaţii — când Statele Unite au lansat o bombă atomică asupra oraşului Hiroshima din Japonia.

În doar câteva secunde, mingea de foc a atins temperaturi de peste 7.000 °C (aproximativ 12.600 °F), vaporizând deopotrivă carne şi metal.

Iar pe măsură ce materialele s-au răcit în urma exploziei devastatoare, în cenuşă s-a format ceva ce omenirea nu mai văzuse până atunci.

Într-o particulă de material recuperată din nisipurile golfului Hiroshima, oamenii de ştiinţă conduşi de geologul Luca Bindi, de la Universitatea din Florenţa, Italia, au identificat o mică particulă de aliaj metalic formată în condiţiile extreme ale unei explozii atomice, potrivit ScienceAlert.

„O minge de foc nucleară expune numeroase materiale la căldură extremă, amestecare violentă şi răcire extraordinar de rapidă, toate acestea în doar câteva secunde”, a declarat Bindi pentru revista ScienceAlert.

„Practic, ea efectuează simultan un număr enorm de experimente necontrolate asupra materialelor, testând combinaţii şi structuri pe care cercetătorilor le-ar lua ani întregi să le exploreze în mod intenţionat într-un laborator.”

Explozia de 15 kilotone produsă atunci când bomba denumită „Little Boy” a fost detonată deasupra oraşului Hiroshima a lăsat în urmă numeroase urme ale distrugerii. Unele sunt bine cunoscute, precum umbrele victimelor imprimate pe piatră şi beton; altele sunt mult mai subtile.

Printre acestea se numără particulele microscopice de reziduuri rezultate în urma exploziei, cunoscute sub denumirea de „hiroshimait” — mici aglomerări de material sticlos formate atunci când materia vaporizată şi topită a fost amestecată şi răcită rapid în timpul exploziei aeriene.

Aceste particule conţin o înregistrare fizică a mingii de foc. Diferite materiale au fost antrenate în explozie şi amestecate în condiţii şi combinaţii care, în mod normal, nu ar apărea nici măcar în procesele artificiale de fabricaţie.

„Metalele, sticla, solul şi materialele de construcţie sunt vaporizate şi amestecate la temperaturi foarte ridicate, creând combinaţii chimice care ar apărea foarte rar în condiţii normale”, a explicat Bindi.

„Pe măsură ce mingea de foc se extinde, materialul se condensează şi se răceşte atât de repede încât configuraţii atomice neobişnuite pot rămâne fixate înainte de a se transforma în structuri mai simple şi mai stabile.”

Cercetări anterioare demonstraseră deja că produsele rezultate în urma precipitaţiilor radioactive de la Hiroshima conţin condensate neobişnuite, formate în aceste condiţii extreme, dar de foarte scurtă durată, de temperatură.

Bindi şi colegii săi căutau, în linii mari, faze metalice neobişnuite conservate în materialul rezultat în urma exploziei atunci când au realizat un studiu asupra a 34 de probe de hiroshimită, folosind o varietate de tehnici de înaltă rezoluţie pentru a analiza compoziţia şi structura microscopică a fiecărei particule.

Una dintre probe s-a dovedit a fi deosebit de interesantă. În matricea sa sticloasă erau încorporate numeroase fragmente microscopice de aliaj fier-crom.

Majoritatea fragmentelor metalice erau mai mult sau mai puţin conforme cu ceea ce era de aşteptat în acel context.

Dar unul dintre ele se distingea clar.

„Primul indiciu a venit din analizele chimice: o particulă conţinea mult mai mult siliciu decât particulele metalice din jur, bogate în fier şi crom”, a spus Bindi.

Particula are doar aproximativ 10 micrometri în diametru şi, după cum a arătat analiza cu microsondă electronică, este alcătuită în principal din fier, dar conţine şi crom, siliciu, nichel, molibden, mangan şi aluminiu. Însă nu doar combinaţia elementelor o făcea atât de neobişnuită.

Cercetătorii au selectat patru particule pentru o analiză mult mai atentă — particula neobişnuită şi alte trei particule de dimensiuni aproximativ similare.

Folosind ace fine, au extras cu grijă particulele, manual, din proba şlefuită, apoi au utilizat o tehnică numită difracţie de raze X pe monocristal pentru a determina modul în care erau aranjaţi atomii în interiorul fiecăreia.

Cele trei particule folosite pentru comparaţie aveau structura cubică simplă, centrată în corp, caracteristică oţelului obişnuit.

Particula neobişnuită nu avea această structură.

Aceasta a fost observaţia decisivă.

„Noutatea”, a explicat Bindi, „constă în combinaţia specifică dintre compoziţia chimică şi structura cristalină, care nu corespunde aliajelor industriale cunoscute sau produselor rezultate anterior în urma exploziilor.”

Un aliaj nu este definit doar de elementele din care este alcătuit; contează şi modul în care atomii sunt aranjaţi. Două materiale care conţin în linii mari aceleaşi elemente pot avea proprietăţi foarte diferite în funcţie de structura lor cristalină. De aceea, combinaţia dintre compoziţia chimică şi structură a stat la baza caracterului inedit al noului aliaj.

Difracţia de raze X a arătat că, în locul aranjamentului cubic simplu, centrat în corp, întâlnit la particulele de comparaţie, atomii din particula bogată în siliciu ocupă un aranjament cubic mult mai complex şi foarte ordonat, numit structură de tip AlAu₄, derivată din structura beta-manganului.

Cercetătorii consideră că aliajul s-a format în condiţiile extreme ale exploziei nucleare — s-a condensat dintr-un vapor metalic şi apoi s-a răcit cu o viteză extraordinar de mare. În condiţii mai normale, aglomerarea condensată ar fi format o structură mai simplă pe măsură ce s-ar fi răcit mai lent.

În schimb, aliajul a rămas blocat într-o configuraţie mult mai complicată înainte de a avea posibilitatea să se stabilizeze într-o formă mai simplă.

Iar aceasta s-ar putea să nu fie o situaţie atât de neobişnuită în cazul reziduurilor rezultate în urma exploziilor nucleare. La începutul acestui an, o altă echipă condusă de Bindi a anunţat descoperirea unui clatrat necunoscut până atunci în fragmentele rezultate în urma testului Trinity, desfăşurat în iulie 1945.

„Aceste descoperiri sugerează că fragmentele istorice rezultate în urma exploziilor ar putea conţine o întreagă populaţie de faze metastabile rare, multe dintre ele ascunse în particule de doar câţiva micrometri şi, prin urmare, uşor de trecut cu vederea”, a spus Bindi.

Asta înseamnă că fragmentele rămase în cenuşa exploziilor nucleare ar putea conţine o bibliotecă microscopică de materiale despre a căror existenţă încă nu ştim, formate în condiţii atât de extreme şi de scurtă durată încât ar fi dificil de reprodus în mod intenţionat.

Dar este important să nu uităm cum au fost create aceste materiale — există o profundă încărcătură emoţională în descoperirea unui material necunoscut anterior în fragmentele uneia dintre cele mai mari tragedii din istoria omenirii.

„Această tensiune este mereu prezentă”, a spus Bindi.

„Din punct de vedere ştiinţific, materialul este extraordinar, dar nu poate fi separat de catastrofa umană care l-a creat; prin urmare, această cercetare trebuie abordată cu umilinţă, respect şi conştientizarea clară a faptului că, în acest caz, cunoaşterea ştiinţifică provine din rămăşiţele unei suferinţe imense”.

Rezultatele cercetării au fost publicate în revista Science Advances.

Acest articol a fost verificat din punct de vedere factual de Rachel Garner şi editat de Rebecca Dyer. „Deşi suntem mândri de procesul nostru, suntem oameni şi putem face greşeli. Dacă observaţi o eroare, vă rugăm să ne informaţi.”