一种新发现的准晶体由“三位一体”核试验的第一次核爆炸产生

2021年05月19日 10:45 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,一种新发现的由1945年7月16日在新墨西哥州“三位一体”核试验场第一次核爆炸产生的准晶体,有朝一日可以帮助科学家更好地理解非法核爆炸并遏制核扩散。

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洛斯·阿拉莫斯国家试验室名誉主任、有关这一发现的论文的共同作者Terry C. Wallace说:“了解另一个国家的核武器需要我们清楚地了解他们的核试验计划。”该论文于周一发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。“我们通常分析放射性碎片和气体,以了解武器是如何建造的,或者它们包含哪些材料,但是这些特征会衰减。在核爆炸现场形成的准晶体有可能告诉我们新类型的信息,而且它们会永远存在。”

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新发现的材料是在第一次原子弹试验的爆炸中意外形成的,它导致周围的沙子、试验塔和铜输电线路融合成一种被称为玻璃石的材料。准晶体是打破经典晶体材料规则的奇异材料。糖、盐或石英等材料形成的晶体具有所谓的周期性秩序:原子的排列方式在三维空间中不断重复。最早在20世纪80年代发现的准晶体,具有组成元素的原子结构,但其模式不是周期性的。由三位一体核试(Trinity)爆炸产生的红色玻璃石样本的准晶体具有5倍的旋转对称性,这在天然晶体中是不可能的。该准晶体的对称组与被称为二十面体的常规准晶体的对称组相同,其化学式为Si61Cu30Ca7Fe2。这种新的类晶体现在是已知的人类最古老的类晶体,有一个明确无误的时间戳(通过其组成、发现地点和放射性),表明其起源时刻。

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“准晶体是在地球上很少存在的极端环境中形成的,”身为地球物理学家的Wallace说。“它们需要一个具有极端冲击、温度和压力的创伤性事件。我们通常不会看到这种情况,除非是在像核爆炸这样的戏剧性事件中。”形成这种准晶体的热力学/冲击条件与在Khatyrka陨石中发现的天然准晶体的形成条件大致相当,后者至少可以追溯到数亿年前,也许可以追溯到太阳系的开始。

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Wallace表示:“这种准晶体的复杂性非常壮观--但是还没有人能够告诉我们它为什么会以这种方式形成。但是有一天,一个科学家或工程师会弄清楚这个问题,我们会对它的形成有一个热力学解释。然后,我希望,我们可以利用这些知识来更好地理解核爆炸,并最终导致对核试验所代表的内容有一个更完整的了解。”

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