Egy nukleáris katasztrófa különös öröksége: az atomrobbantás, amely egy korábban sosem látott anyagot hozott létre

1945. augusztus 6-án a Hirosima felett felrobbanó atombomba pillanatok alatt pusztította el a várost, és mintegy százezer ember életét oltot...

1945. augusztus 6-án a Hirosima felett felrobbanó atombomba pillanatok alatt pusztította el a várost, és mintegy százezer ember életét oltotta ki.

A tragédia és a pusztítás árnyékában azonban az atomvillanás egy olyan szélsőséges fizikai és kémiai környezetet teremtett, amelyhez foghatót az emberiség addig soha nem tapasztalt. Az elképesztő hőmérséklet és a hirtelen fellépő nyomáshullám hatására a városi környezet anyagai elpárologtak, majd a másodperc töredéke alatt lehűlve teljesen új formákba rendeződtek vissza.

Bár az atomrobbanások romboló ereje köztudott, ritkán gondolunk rájuk úgy, mint különleges kohókra, amelyek képesek korábban sosem látott, extrém anyagok megformálására. Egy kutatócsoport a közelmúltban egy olyan új kémiai ötvözetet fedezett fel a Hirosimai-öböl homokjában, amely pontosan egy ilyen elképzelhetetlen kataklizmában született meg.

A felfedezés története egy nyugalmazott geológus, Mario Wannier munkájával kezdődött, aki 2019-ben a Hirosimai-öböl tengerparti homokját vizsgálva apró, gömb alakú üvegszemcsékre bukkant. Ezekről a néhány mikrométeres és pár milliméteres nagyság közötti részecskékről hamar kiderült, hogy a nukleáris robbanás kiszóródási törmelékei, amelyeket a tudományos közösség hirosimaitnak nevezett el.

Kapcsolódó cikk: Japán tengerpartjai Hirosima megolvadt maradványaival vannak tele

Amikor a bomba a város felett a levegőben felrobbant, a tűzgömb hőmérséklete a másodperc törtrésze alatt meghaladta a 7000 Celsius-fokot. Ebben a pokoli hőségben az épületek anyagai, a fémek, az üveg, a talaj és a levegő komponensei egyetlen gőzfelhővé olvadtak össze. Ahogy a felhő megemelkedett és hűlni kezdett, a levegőben lebegő cseppek szilárd üvegszemcsékké dermedtek, magukba zárva a tragikus pillanat kémiai lenyomatát.

A Firenzei Egyetem geológusa, Luca Bindi és kollégái ezt követően tűt kerestek a szénakazalban: harmincnégy hirosimait szemcsét tettek tüzetes kémiai és szerkezeti vizsgálat alá. Az egyik apró üveggömb belsejében több fémes kristályt találtak, amelyek közül egyetlen, mindössze 10 mikrométeres szemcse keltette fel a figyelmüket. (1)

Amikor röntgen diffrakcióval és kémiai elemzéssel tüzetesebben megvizsgálták ezt a parányi szemcsét, rájöttek, hogy egy eddig ismeretlen, többrendszerű ötvözetet tartanak a kezükben. Az új anyag egy szilíciumban gazdag kristály, amely hat különböző fémet tartalmaz: vasat, krómot, nikkelt, mangánt, molibdént és alumíniumot. Bindi megjegyezte, hogy a kémiai összetétel és az úgynevezett AlAu₄-típusú kristályszerkezet ilyen kombinációját korábban még soha, semmilyen természetes vagy mesterséges anyagnál nem dokumentálták.

Nem ez az első alkalom, hogy nukleáris teszt során új ásványi formációk jönnek létre. Az új-mexikói sivatagban 1945 júliusában végrehajtott Trinity-teszt helyszínén keletkezett úgynevezett trinitit – a sivatagi homok, fémek és radioaktív maradványok egybeolvadásából született üvegszerű anyag – már régóta ismert a tudomány előtt.

Ugyanez a kutatócsoport nemrégiben a Trinity-teszt maradványai között egy kalciumból, rézből és szilíciumból álló klatrát vegyületet is azonosított. A hirosimai robbanás azonban teljesen egyedi környezetet biztosított: nem a sivatagi homok felett, hanem egy összetett, sűrűn beépített városi térben zajlott le, ahol a legváltozatosabb fémek és mesterséges anyagok váltak gőzzé egyetlen pillanat alatt.

Az ilyen jellegű, véletlenszerű felfedezések gyakran teljesen új kutatási irányokat nyitnak meg az anyagtudományban. A modern mérnöki tudományokban jelenleg óriási az érdeklődés a többrendszerű ötvözetek – úgynevezett magas entrópiájú ötvözetek – iránt.

A hagyományos ötvözetekkel ellentétben, ahol egy fő alapfémhez kevernek kisebb mennyiségű más elemet, ezekben az anyagokban több fém van jelen nagy és szinte egyenlő arányban. Az ilyen keverékek olyan rendkívüli tulajdonságokkal rendelkezhetnek – például kiemelkedő mechanikai szilárdsággal, extrém korrózióállósággal vagy hőstabilitással –, amelyeket a megszokott módszerekkel lehetetlen lenne elérni.

Ugyanakkor az ilyen komplex ötvözetek előállítása a laboratóriumi körülmények között rendkívül nehéz feladat, hiszen nagyon pontosan szabályozott kohászati folyamatokat igényel. Paul D. Asimow, a Caltech geológusa találóan megjegyezte, hogy hagyni, hogy egy atombomba véletlenszerűen feltárja az összes elem lehetséges kombinációját egy város elpárologtatásával, meglehetősen szokatlan, ám rendkívül hatékony módja a kémiai összetételi tér párhuzamos feltérképezésének.

Bár a hirosimai ötvözet pontos keletkezési körülményei – a nyomás és a hűlési sebesség pontos értékei – egyelőre ismeretlenek, az anyag puszta létezése új távlatokat nyit. Természetesen senki sem tervez atomrobbanásokkal új anyagokat gyártani, de amint tudjuk, hogy egy ilyen különleges szerkezet stabilan létezhet, a tudósok megpróbálhatnak békés, ellenőrzött módszereket találni a szintetizálására. A Hirosima feletti tragikus pusztítás így, évtizedekkel később, az emberi tudás és az anyagtudomány egy teljesen új fejezetének kapuját nyitotta meg. (2)

(1) - https://www.science.org/doi/10.1126/
(2) - https://cen.acs.org/materials/new-alloy