Тринитит

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Тринитит, также известный как атомит или стекло Alamogordo,[1][2] — стекловидный материал, оставшийся в пустыне после испытания атомной бомбы Тринити 16 июля 1945 года около Аламогордо, Нью-Мексико. Образован в основном из расплавленного атомным взрывом аркозового песка, состоящего из зерен кварца и полевого шпата (как микроклин, так и меньшее количество плагиоклаза с небольшим количеством кальцита, роговой обманки и авгита в матрице песчаной глины).[3] Материал был впервые описан в журнале en:American Mineralogist в 1948 году[4].

Обычно он светло-зеленый, хотя цвета могут варьироваться[4], встречаются красные и чёрные оттенки.[5] Умеренно радиоактивен, но безопасен в обращении.[6][7][8]

В конце 1940-х — начале 1950-х годов образцы были собраны и проданы коллекционерам минералов в качестве новинки. Остатки материала все еще находят на месте испытания, по состоянию на 2019 год,[9] хотя большая часть его была собрана бульдозерами и захоронена по решению Комиссии по атомной энергии США в 1953 году.[10]

Куски Тринитита
Тринитит

Формирование[править | править код]

В 2005 году на территории Los Alamos National Laboratory Роберт Гермес и Уильям Стрикфаден заявили, что большая часть минерала была сформирована из песка, который конденсировался внутри самого огненного шара, а затем оседал в жидкой форме.[11] В статье 2010 года в Geology Today Нельсон Эби из Массачусетского университета в Лоуэлле и Роберт Хермес описали тринитит:

Внутри стекла содержатся расплавленные частицы исходной атомной бомбы, а также поддерживающие конструкции и различные радионуклиды, образовавшиеся во время взрыва. Само стекло удивительно сложное в масштабе от десятков до сотен микрометров, и расплава стекла, различного состава, также содержит зерна нерасплавленного кварца. Перенос расплавленного материала по воздуху приводил к образованию частиц в форме сфер и гантелей. Подобные стекловидные образования, формируются во время всех наземных ядерных взрывов и содержат информацию, которая может быть использована для идентификации атомного устройства.[12]

Эти доказательства были поддержаны F. Belloni et al. в исследовании 2011 года, основанном на методах ядерной визуализации и спектрометрии.[13] Исследователи предположили, что зеленый тринитит содержит материал из опорной конструкции бомбы, в то время как красный тринитит содержит материал, происходящий из медной электропроводки.[14]

Стекло было описано как "объект толщиной от 1 до 2 сантиметров, с верхней поверхностью, отмеченной очень тонкой россыпью пыли, которая упала на него во время оно все еще было расплавленным. На дне более толстая пленка частично расплавленного материала, переходящего в почву, из которой оно было получено. Стекло имеет бледно-зеленый цвет, а материал чрезвычайно везикулярный с размером пузырьков почти до полной толщины образца ".

Приблизительно 4,3 × 1019 эрг или 4,3 × 1012 джоулей тепловой энергии пошло на формирование стекла, и поскольку температура, необходимая для плавления песка в наблюдаемую форму стекла, составляла около 1470 по Цельсию, минимальная расчетная температура, которой подвергался песок.[15] Материал, попавший в огненный шар был разогрет в течение 2-3 секунд, прежде чем снова стал затвердевать.[16] Относительно летучие элементы, такие как цинк, обнаруживаются в количествах, которые тем меньше, чем ближе образованный тринитит расположен к эпицентру взрыва; чем выше температура — тем больше они испаряются и не улавливаются по мере повторного затвердевания материала.[17]

В результате взрыва большое количество тринитита было разбросано по кратеру[18], а в сентябре 1945 года журнал «Тайм» написал, что это место приобрело вид «озера из зеленого нефрита», где «стекло принимает странные формы — кривые шарики, узловатые листы толщиной в четверть дюйма, разбитые, тонкостенные пузыри, зеленые, похожие на червя формы».[2] Присутствие округлых, похожих на бусинки форм предполагает, что часть материала расплавилась после того, как была поднята в воздух, а не переплавлялась оставшись на уровне земли.[14] Остальной тринитит образовался на поверхности и содержит включения прессованного песка.[16] Этот тринитит быстро охладился на своей верхней поверхности, в то время как нижняя поверхность была перегретой.[19]

Состав[править | править код]

Почти полый образец тринитита с задней подсветкой, чтобы показать свет, проходящий через материал
Уровни радиоактивности Тринитита, от двух разных образцов, измеренные с помощью гамма-спектроскопии[20]

Хаотический характер создания тринитита привел к вариациям как в структуре, так и в точном составе.[16]

Объект описывается как "слой толщиной от 1 до 2 сантиметров, с верхней поверхностью, отмеченной очень тонкой россыпью пыли, которая упала на него, пока он находился в расплавленном состоянии. Внизу находится более толстая пленка частично расплавленного материала, неоднородно сплавившаяся с исходной почвой. Цвет стекла — бледно-бутылочно-зеленый, а материал чрезвычайно везикулярный с размером пузырьков, доходящим почти до полной толщины образца "[3]. Формы тринитита — зеленые обломки толщиной 1-3 см, гладкие с одной стороны и шероховатые с другой; это тринитит, который охладился после приземления еще в расплавленном состоянии на грунт.[21][19]

Около 30 % объёма тринитита представляет собой пустое пространство, хотя точные значения сильно различаются между образцами. Тринитит также имеет различные другие дефекты, такие как трещины.[16] В тринитите, который остыл после выпадения, гладкая верхняя поверхность содержит большое количество мелких пузырьков, в то время как нижний шероховатый слой имеет меньшую плотность пузырьков, но они более крупные.[19] Тринитит, преимущественно, щелочной.[21]

Одним из наиболее необычных изотопов, обнаруженных в тринитите, является продукт активации нейтронов бария, барий в устройстве Тринити находился в составе Боратола, «медленной взрывной линзы», используемой в устройстве активации.[22] Кварц — единственный сохранившийся минерал в большинстве тринититов.[16]

Тринитит низкорадиоактивен, и безопасен в обращении, если исключить проглатывание.[2] Он по-прежнему содержит радионуклиды 241Am, 137Cs и 152Eu в связи с тем, что Тринити была плутониевой.[21]

Вариации[править | править код]

Существует две формы тринититового стекла с разными показателями преломления. Стекло с более низким показателем преломления состоит в основном из диоксида кремния, а вариант с более высоким показателем имеет смешанные компоненты. Красный тринитит существует в обоих вариантах и дополнительно содержит стекло, богатое медью, железом и свинцом, а также металлические глобулы.[4] Черный цвет тринитита обусловлен высоким содержанием железа.[5]

В исследовании, опубликованном в 2021 году, было обнаружено, что образец красного тринитита содержит ранее неизвестные сложные квазикристаллы, самый старый из известных искусственных квазикристаллов, с группой симметрии в форме икосаэдра[23]. Он состоит из железа, кремния, меди и кальция.[18] Структура квазикристалла демонстрирует пятикратную вращательную симметрию, которая не может образоваться естественным образом.[23] Исследование квазикристаллов было проведено геологом Лукой Бинди из Университета Флоренции и Полом Стейнхардтом, после того как они предположили, что красный тринитит, вероятно, содержит квазикристаллы, поскольку они часто содержат элементы, которые редко объединяются.[18][24] Структура имеет формулу Si61Cu30Ca7Fe2.[23] Одно зерно размером 10μm было обнаружено после десяти месяцев работы по исследованию шести небольших образцов красного тринитита.[18][24][25]

Ядерная криминалистика[править | править код]

Ядерный гриб, через секунду после детонации.

В исследовании 2010 года, опубликованном в журнале с открытым доступом Proceedings of the National Academy of Sciences, изучалась потенциальная ценность тринитита для ядерной криминалистики.[26] До этого исследования предполагалось, что компоненты тринитита сливаются идентично, и их первоначальный состав не может быть определен. Исследование показало, что стекло от ядерных взрывов может предоставить информацию об устройстве и связанных с ним компонентах, таких как упаковка.[27]

В течение 2010-х годов были потрачены миллионы долларов на исследование тринитита, чтобы лучше понять, какая информация содержится в этом стекле, которая может быть использована для понимания ядерного взрыва, вызвавшего их.[28] Команда разработчиков предположила, что тринититный анализ 2010 года будет полезен для выявления виновных в будущей ядерной атаке.[27][29]

Исследователи, участвовавшие в открытии квазикристалла, предположили, что их работа может улучшить усилия по исследованию распространения ядерного оружия, поскольку квазикристаллы не распадаются, в отличие от других доказательств, полученных в результате испытаний ядерного оружия.[23] Тринитит был выбран в качестве объекта исследования отчасти из-за того, насколько хорошо задокументировано ядерное испытание учеными того времени[17]. В исследовании 2015 года, опубликованном в «Журнале радиоаналитической и ядерной химии», финансируемом Национальным управлением ядерной безопасности, описан метод, с помощью которого можно намеренно синтезировать тринититоподобное стекло для использования в качестве испытуемых для новых методов ядерной криминалистики.[16] Лазерная абляция была впервые успешно использована для идентификации изотопной сигнатуры, уникальной для урана внутри бомбы, по образцу тринитита, продемонстрировав эффективность этого более быстрого метода[30].

Антропогенные минералы типа тринитита[править | править код]

Иногда название тринитит широко применяется ко всем стеклянным остаткам испытаний ядерной бомбы, а не только к испытанию Тринити.

Черные стекловидные фрагменты оплавленный песок, затвердевший в результате взрыва, был описан на французском полигоне в Алжире(Регган).

Харитончик[править | править код]

Харитончик (множественное число: харитончики) — аналог тринитита, обнаруженный на Семипалатинском полигоне, в Казахстане, на местах советских атмосферных ядерных испытаний. Этот пористый черный материал, чаще всего имеющий форму окатышей, назван в честь одного из ведущих советских ученых, занимавшихся ядерным оружием, Юлия Борисовича Харитона.

Природные тринититоподобные минералы[править | править код]

Тринитит, как и несколько подобных природных минералов, представляет собой расплавленное стекло:

Фульгуриты[править | править код]

Хотя тринитит и подобные материалы являются антропогенными, фульгуриты обнаружены во многих подверженных грозам регионах и в пустынях, представляют собой полые или твердые стекловидные естественные формы, слитки, капли, комки, корки, или дендральные структуры, состоящие из кварцевого песка, кремнезема, камня, калича, биомассы, глины или других типов почв и отложений. Образуются в результате ударов молнии. В обиходе более известны, как чёртовы пальцы.

Ударное стекло[править | править код]

Ударное стекло, материал, похожий на тринитит, может образоваться при ударах метеорита. Импактит.

Культурное влияние[править | править код]

Табличка с объявлением, неподалёку от места взрыва.

Первоначально тринитит не считался чем-то выдающимся, в контексте ядерных испытаний и продолжающейся холодной войны, но когда противостояние завершилось, посетители стали обращать внимание на стекло и собирать его в качестве сувениров.[2]

Некоторое время считалось что песок пустыни просто растаял от прямого теплового излучения огненного шара и не был особенно опасен. Таким образом, в 1945 году он был продан как подходящий для использования в ювелирных изделиях в 1945[31][32], и 1946 годах.[2]

В настоящее время незаконно забирать оставшийся материал с этого места, большая часть которого была удалена правительством США и захоронена в другом месте в Нью-Мексико; однако материал, который был взят до этого запрета, все еще находится в руках коллекционеров и на законных основаниях доступен в магазинах минерального сырья.[2][28] Среди коллекционеров есть много известных подделок. В этих подделках используются различные средства для придания стекловидно-зеленому виду кремнезема, а также для достижения умеренной радиоактивности; однако только тринитит от ядерного взрыва будет содержать определенные продукты нейтронной активации, которых нет в естественно радиоактивных рудах и минералах. Гамма-спектроскопия позволяет сузить круг потенциальных ядерных взрывов, в результате которых образовался тот или иной материал.[33][5]

Есть образцы тринитита можно найти в Смитсоновском национальном музее естественной истории[2], Музее наследия в Нью-Мексико[34] и в Музее стекла в Корнинге[en][35]; в Национальном музее атомных испытаний[en] находится пресс-папье, содержащее тринитит[36]. За пределами США, тринитит есть в коллекции Британского музея науки[37], а так же Канадском военном музее[38].

Смотри так же[править | править код]

Ссылки[править | править код]

  1. Giaimo, Cara. The Long, Weird Half-Life of Trinitite (англ.), Atlas Obscura (30 June 2017).
  2. 1 2 3 4 5 6 7 Rhodes, Richard. A Chunk of Trinitite Reminds Us of the Sheer, Devastating Power of the Atomic Bomb, Smithsonian Magazine (September 2019).
  3. 1 2 Optical properties of glass from Alamogordo, New Mexico
  4. 1 2 3 G. Nelson Eby1, Norman Charnley, Duncan Pirrie, Robert Hermes, John Smoliga, and Gavyn RollinsonTrinitite redux: Mineralogy and petrology American Mineralogist, Volume 100, pages 427—441, 2015
  5. 1 2 3 Williams, Katie. The beauty created by the 'Destroyer of Worlds', The University of New Mexico Newsroom (November 2, 2017).
  6. Kolb, W. M., and Carlock, P. G. (1999). Trinitite: The Atomic Age Mineral.
  7. Trinitite. Health Physics Historical Instrumentation Museum Collection. Oak Ridge Associated Universities. Дата обращения: 24 июля 2020.
  8. Analyzing Trinitite, Hunter Scott.
  9. Burge, David. Have a blast: Trinity Site allows public to visit where first atomic bomb was tested, The El Paso Times (April 4, 2018).
  10. Carroll L. Tyler, AEC letter to the Governor of New Mexico, July 16, 1953. Nuclear Testing Archive, NV0103562: https://www.osti.gov/opennet/detail?osti-id=16166107
  11. Hermes, Robert; Strickfaden, William (2005). “New Theory on the Formation of Trinitite”. Nuclear Weapons Journal. Архивировано из оригинала 2008-07-26. Дата обращения 2014-03-17. Используется устаревший параметр |url-status= (справка)
  12. Eby, N.; Hermes, R.; Charnley, N.; Smoliga, J. (24 September 2010). “Trinitite—the atomic rock”. Geology Today. 26 (5): 180—185. DOI:10.1111/j.1365-2451.2010.00767.x.
  13. Belloni, F.; Himbert, J.; Marzocchi, O.; Romanello, V. (2011). “Investigating incorporation and distribution of radionuclides in trinitite”. Journal of Environmental Radioactivity. 102 (9): 852—862. DOI:10.1016/j.jenvrad.2011.05.003. PMID 21636184.
  14. 1 2 Powell, Devin. Riddle of the sands scattered around Trinity atomic test site, The Guardian (June 18, 2013).
  15. INTERIM REPORT OF CDC'S LAHDRA PROJECT – Appendix N. pg 38. Архивировано 17 марта 2014 года.
  16. 1 2 3 4 5 6 Joshua J. Molgaard, John D. Auxier, Andrew V. Giminaro, C. J. Oldham, Matthew T. Cook, Stephen A. Young, and Howard L. Hall. Development of synthetic nuclear melt glass for forensic analysis (January 20, 2015), С. 1293–1301.
  17. 1 2 Crane, Leah. Glass from nuclear test site shows the moon was born dry, New Scientist (February 8, 2017).
  18. 1 2 3 4 Castelvecchi, Davide. First nuclear detonation created 'impossible' quasicrystals, Nature (May 17, 2021).
  19. 1 2 3 Patrick H. Donohue, Antonio Simonetti. Vesicle Size Distribution as a Novel Nuclear Forensics Tool, PLoS One (January 2016).
  20. Parekh, P. P.; Semkow, T. M.; Torres, M. A.; Haines, D. K.; Cooper, J. M.; Rosenberg, P. M.; Kitto, M. E. (2006). “Radioactivity in Trinitite six decades later”. Journal of Environmental Radioactivity. 85 (1): 103—120. CiteSeerX 10.1.1.494.5179. DOI:10.1016/j.jenvrad.2005.01.017. PMID 16102878.
  21. 1 2 3 D. J. Bailey, M. C. Stennett, B. Ravel, D. E. Crean, N. C. Hyatt. A synchrotron X-ray spectroscopy study of titanium co-ordination in explosive melt glass derived from the trinity nuclear test, RSC Advances (April 26, 2019).
  22. Parekh, P. P.; Semkow, T. M.; Torres, M. A.; et al. (2006). “Radioactivity in trinitite six decades later”. Journal of Environmental Radioactivity. 85 (1): 103—120. CiteSeerX 10.1.1.494.5179. DOI:10.1016/j.jenvrad.2005.01.017. PMID 16102878.
  23. 1 2 3 4 Mullane, Laura. Newly discovered quasicrystal was created by the first nuclear explosion at Trinity Site, Phys.org (May 18, 2021).
  24. 1 2 Privitera, Salvo. Un 'quasicristallo' impossibile è stato trovato nel luogo del primo test nucleare (итал.), Everyeye Tech (May 24, 2021).
  25. Zimmer, William. Des chercheurs découvrent un " quasi-cristal " formé lors de l'explosion de la première bombe nucléaire (фр.), Tom's Guide (May 19, 2021).
  26. Spotts, Pete. Scientists use 'trinitite' from 1945 to help decode nuclear blasts, The Christian Science Monitor (November 12, 2010).
  27. 1 2 Nuclear debris could reveal clues of bomb's origin, BBC (November 8, 2010).
  28. 1 2 Geuss, Martin. Trinitite: The radioactive rock buried in New Mexico before the Atari games, Ars Technica (January 9, 2014).
  29. Johnston, Casey. Nuclear debris carries signatures of bomb that caused it, Ars Technica (November 11, 2010).
  30. Scoles, Sarah. How a Uranium Hunter Sniffs Out Nuclear Weapons, Wired (November 6, 2018).
  31. Steven L. Kay — Nuclearon — Trinitite varieties
  32. INTERIM REPORT OF CDC'S LAHDRA PROJECT – Appendix N. pg 39, 40. Архивировано 17 марта 2014 года.
  33. Authenticating Trinitite nearly 70 years later, Enformable (July 10, 2014).
  34. Gomez, Adrian. Meanwhile, back at the ranch, The Albuquerque Journal (February 16, 202).
  35. 5 Bits of Trinitite Glass from the Corning Museum of Glass website. Accessed on June 4, 2021
  36. Manhattan Project Artifacts from the National Atomic Testing Museum's website. Accessed on June 4, 2021
  37. Science Museum Group. Specimen of sand melted by the explosion of the first test atomic bomb, New Mexico, July 1945. 1946-182Science Museum Group Collection Online. Accessed June 4, 2021. https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co5565/specimen-of-sand-melted-by-the-explosion-of-the-first-test-atomic-bomb-new-mexico-july-1945-trinitite-mineral-specimens.
  38. TRINITITE FRAGMENT from the Canadian War Museum’s website. Accessed on June 4, 2021