Тринитит , также известный как атомит или стекло Аламогордо , [1] [2] представляет собой стекловидный остаток, оставшийся на дне пустыни после испытания ядерной бомбы Тринити на основе плутония 16 июля 1945 года недалеко от Аламогордо , штат Нью-Мексико . Стекло в основном состоит из аркозового песка, состоящего из зерен кварца и полевого шпата (как микроклина , так и меньшего количества плагиоклаза с небольшим количеством кальцита , роговой обманки и авгита в матрице песчаной глины ) [3] , расплавленного атомным взрывом. Впервые он был академически описан в журнале American Mineralogist в 1948 году. [4]
Обычно он светло-зеленого цвета, хотя на одном участке места взрыва был обнаружен и красный тринитит [4] , а также образовались редкие куски черного тринитита. [5] Он умеренно радиоактивный, но с ним безопасно обращаться. [6] [7] [8]
По состоянию на 2018 год куски материала остались на полигоне Тринити, [9] хотя большая его часть была снесена бульдозерами и закопана Комиссией США по атомной энергии в 1953 году. [10]
В 2005 году ученый Лос-Аламосской национальной лаборатории Роберт Э. Гермес и независимый исследователь Уильям Стрикфаден выдвинули теорию , что большая часть минерала образовалась из песка, который попал внутрь самого огненного шара, а затем выпал в жидкой форме. [11] [12] В статье 2010 года в журнале Geology Today Нельсон Эби из Массачусетского университета Лоуэлл и Роберт Гермес описали тринитит:
Внутри стекла находятся расплавленные кусочки первой атомной бомбы, опорные конструкции и различные радионуклиды, образовавшиеся во время взрыва. Само стекло удивительно сложное, размером от десятков до сотен микрометров, и помимо стекол различного состава содержит еще зерна нерасплавленного кварца. Перенос расплавленного материала по воздуху привел к образованию сфер и частиц стекла гантелевидной формы. Подобные стекла образуются во время всех ядерных взрывов на земле и содержат судебно-медицинскую информацию, которая может быть использована для идентификации атомного устройства. [13]
Это было подтверждено исследованием 2011 года, основанным на ядерной визуализации и спектрометрических методах. [14] Исследователи предполагают, что зеленый тринитит содержит материал из несущей конструкции бомбы, тогда как красный тринитит содержит материал, полученный из медной электропроводки. [15]
Приблизительно 4300 гигаджоулей (4,3 × 10 19 эрг) джоулей тепловой энергии ушло на формирование стекла. Поскольку температура, необходимая для плавления песка до наблюдаемой стеклянной формы, составляла около 1470 ° C (2680 ° F), это, по оценкам, было минимальной температурой, которой подвергался песок. [16] Материал внутри огненного шара был перегрет примерно в течение 2–3 секунд, прежде чем снова затвердеть. [17] Относительно летучие элементы, такие как цинк, обнаруживаются в меньших количествах по мере того, как тринитит образовывался ближе к центру взрыва. Чем выше температура, тем больше этих летучих элементов испаряется и не улавливается при повторном затвердевании материала. [18]
В результате взрыва вокруг кратера разбросалось большое количество тринитита . шарики, бугорчатые листы толщиной в четверть дюйма, разорванные, тонкостенные пузыри, зеленые, червеобразные формы». [2] Наличие округлых, похожих на бусины форм предполагает, что некоторый материал расплавился после того, как его подбросили в воздух, и приземлился уже сформированным, а не остался на уровне земли и расплавился там. [15] Другой тринитит, образовавшийся на земле, содержит включения настоянного песка. [17] Этот тринитит быстро охлаждался на своей верхней поверхности, в то время как нижняя поверхность была перегрета. [20]
Хаотичный характер образования тринитита привел к изменениям как в структуре, так и в точном составе. [17]
Стекло описывается как «слой толщиной от 1 до 2 сантиметров, верхняя поверхность которого отмечена очень тонкой крошкой пыли, упавшей на него, пока оно было еще расплавленным. Внизу находится более толстая пленка частично расплавленного материала, который проникает в почву, из которой оно было получено. Цвет стекла бледно-бутылочного цвета, материал чрезвычайно везикулярный , размер пузырьков достигает почти всей толщины образца». [3] Наиболее распространенная форма тринитита — зеленые обломки толщиной 1–3 см, гладкие с одной стороны и шероховатые с другой; это тринитит, который остыл после того, как приземлился на дно пустыни, все еще расплавленный. [22] [20]
Около 30% тринитита представляет собой пустое пространство, хотя точные количества сильно различаются в зависимости от образца. Тринитит также имеет различные другие дефекты, такие как трещины. [17] В тринитите, остывшем после приземления, гладкая верхняя поверхность содержит большое количество мелких пузырьков, тогда как нижний шероховатый слой имеет меньшую плотность пузырьков, но более крупные пузырьки. [20] Это преимущественно щелочная среда. [22]
Одним из наиболее необычных изотопов, обнаруженных в тринитите, является продукт нейтронной активации бария. Барий в устройстве Тринити поступает из медленнодействующей взрывной линзы , используемой в устройстве, известной как Баратол . [21] Кварц — единственный сохранившийся минерал в большинстве тринититов. [17]
Тринитит больше не содержит достаточного количества радиации, чтобы нанести вред, если его не проглотить. [2] Он все еще содержит радионуклиды 241 Am , 137 Cs и 152 Eu из-за испытания «Тринити» с использованием плутониевой бомбы . [22]
Существуют две формы тринититового стекла с разными показателями преломления . Стекло с более низким индексом состоит в основном из диоксида кремния , а вариант с более высоким индексом состоит из смешанных компонентов. Красный тринитит существует в обоих вариантах и дополнительно содержит стекло, богатое медью, железом и свинцом, а также металлические глобулы. [4] Цвет черного тринитита обусловлен высоким содержанием железа. [5]
В исследовании, опубликованном в 2021 году, было обнаружено, что образец красного тринитита содержит ранее не обнаруженный сложный квазикристалл , старейший из известных искусственных квазикристаллов, с группой симметрии в форме икосаэдра . [23] Он состоит из железа, кремния, меди и кальция. [19] Структура квазикристалла демонстрирует пятикратную вращательную симметрию . [23] Исследования квазикристаллов возглавили геолог Лука Бинди из Флорентийского университета и Пол Стейнхардт после того, как они предположили, что красный тринитит, скорее всего, содержит квазикристаллы, поскольку они часто содержат элементы, которые редко объединяются. [19] [24] Структура имеет формулу Si 61 Cu 30 Ca 7 Fe 2 . [23] Единственное зерно размером 10 мкм было обнаружено после десяти месяцев работы по изучению шести небольших образцов красного тринитита. [19] [24] [25]
В исследовании 2010 года, опубликованном в журнале открытого доступа Proceedings of the National Academy of Sciences, изучалась потенциальная ценность тринитита для области ядерной криминалистики . [26] До этого исследования предполагалось, что компоненты тринитита слились одинаково, и их первоначальный состав не мог быть различим. Исследование показало, что стекло, полученное в результате ядерных взрывов, может предоставить информацию об устройстве и связанных с ним компонентах, таких как упаковка. [27]
В 2010-х годах были проведены исследования тринитита на миллионы долларов, чтобы лучше понять, какую информацию содержат такие очки и которую можно использовать для понимания ядерного взрыва, который их создал. [28] Команда, стоящая за ним, предположила, что анализ тринитита, проведенный в 2010 году, будет полезен для выявления виновников будущей ядерной атаки. [27] [29]
Исследователи, участвовавшие в открытии квазикристалла, предположили, что их работа может улучшить усилия по расследованию 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 задокументированы ядерные испытания учёными того времени. [18] В исследовании 2015 года, опубликованном в «Журнале радиоаналитической и ядерной химии» , финансируемом Национальной администрацией ядерной безопасности, описан метод, с помощью которого тринитит-подобное стекло может быть намеренно синтезировано для использования в качестве подопытных для новых методов ядерной судебной экспертизы. [17] Лазерная абляция была впервые успешно использована для идентификации изотопной сигнатуры, уникальной для урана внутри бомбы, из образца тринитита, демонстрируя эффективность этого более быстрого метода. [30]
Тринитит изначально не считался примечательным в контексте ядерных испытаний и продолжающейся войны, но когда война закончилась, посетители начали замечать стекло и собирать его в качестве сувениров . [2]
Какое-то время считалось, что песок пустыни просто растаял от прямой лучистой тепловой энергии огненного шара и не представляет особой опасности. Таким образом, в 1945 [31] [32] и 1946 годах он продавался как пригодный для использования в ювелирных изделиях. [2]
В настоящее время незаконно вывозить оставшиеся материалы с этого места, большая часть которых была вывезена 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 легально доступен в магазинах полезных ископаемых. [2] [28] Поддельный тринитит также присутствует на рынке; Подлинность тринитита требует научного анализа. [33] [5]
Есть образцы в Национальном музее ядерной науки и истории , Смитсоновском национальном музее естественной истории , [2] Музее наследия фермы и ранчо Нью-Мексико , [34] и Музее стекла Корнинга ; [35] В Национальном музее атомных испытаний хранится пресс-папье, содержащее тринитит. [36] В коллекции Группы музеев науки Соединенного Королевства имеется образец тринитита, [37] как и в Канадском военном музее [38] в Канаде.
Институт SETI , который стремится найти и исследовать признаки разумной жизни в других местах космоса, заявил в 2021 году, что тринитит должен быть включен в их библиотеку объектов, связанных с «моментами трансформации», представляющими потенциальный интерес для разумных инопланетян . [39] Скульптура «Тринити-куб» Тревора Паглена , выставленная в 2019 году в Музее современного искусства Сан-Диего как часть тематической коллекции произведений искусства Паглена под названием «Невидимые достопримечательности», частично сделана из тринитита. [40] Работа фотографа Патрика Нагатани 1988 года «Тринитит, Граунд-Зиро, Тринити-Сайт, Нью-Мексико» находится в Денверском художественном музее . [41]
Иногда название тринитит широко применяется ко всем стеклообразным остаткам испытаний ядерной бомбы, а не только к испытанию Тринити. [42]
Черные стекловидные фрагменты расплавленного песка, затвердевшие под воздействием тепла ядерного взрыва, были созданы в ходе французских испытаний на полигоне Регган в Алжире . [43] После атомной бомбардировки Хиросимы в 2016 году было обнаружено, что от 0,6% до 2,5% песка на местных пляжах представляет собой расплавленные стеклянные сферы, образовавшиеся во время бомбардировки. Как и тринитит, стекло содержит материалы из местной окружающей среды, в том числе материалы из зданий, разрушенных в результате нападения. Этот материал получил название хиросимаит . [44] Харитончики (единственное: харитончик, русский: харитончик ) — аналог тринитита, обнаруженный на Семипалатинском полигоне в Казахстане в эпицентрах советских атмосферных ядерных испытаний. Пористый черный материал назван в честь одного из ведущих российских ученых-ядерщиков Юлия Борисовича Харитона . [45]
Тринитит, как и несколько подобных природных минералов, представляет собой расплавленное стекло. [46]
В то время как тринитит и материалы подобных процессов образования, такие как лавинит, являются антропогенными, фульгуриты , обнаруженные во многих грозовых регионах и в пустынях , представляют собой стеклообразные материалы естественного происхождения и образуются в результате удара молнии в отложения, такие как песок. [19] Импактит , материал, похожий на тринитит, может образоваться в результате ударов метеоритов. Геология Луны включает в себя множество пород, образовавшихся в результате одного или нескольких крупных ударов, в которых летучие элементы обнаруживаются в меньших количествах по мере приближения к точке удара, аналогично распределению летучих элементов в тринитите. [18]