U pijesku na obali Hirošimskog zaljeva pronađeno je mikroskopsko zrno metalne legure kakva dosad nije bila zabilježena. Nastalo je u staklastoj čestici koja se oblikovala kada je eksplozija 6. kolovoza 1945. isparila i pomiješala metal, tlo i građevinski materijal, a zatim sve naglo ohladila.
Riječ je o zrnu širokom tek oko deset mikrometara. Istraživači predvođeni geologom Lucom Bindijem sa Sveučilišta u Firenci pronašli su ga u staklastoj kuglici nastaloj od isparenog i rastaljenog materijala eksplozije.
Trag eksplozije sačuvan u staklu
Američka bomba Little Boy eksplodirala je iznad Hirošime 6. kolovoza 1945. godine snagom od približno 15 kilotona. U središtu vatrene kugle temperatura je nakratko premašila 7000 Celzijevih stupnjeva. Ta je toplina rastalila i isparila dijelove tla, metala, stakla i zgrada, a materijal se potom u širećem oblaku naglo hladio.
U takvim se uvjetima mogu sačuvati kombinacije elemenata i rasporedi atoma koji u uobičajenim geološkim ili industrijskim procesima gotovo ne nastaju. Staklaste čestice tako čuvaju kemijski i strukturni trag onoga što se događalo unutar vatrene kugle.
Tim je proučio 34 takve čestice iz pijeska Hirošimskog zaljeva. U njima su pronađeni sitni metalni ulomci bogati željezom i kromom, no jedno se zrno po kemijskom sastavu i unutarnjoj građi jasno izdvojilo od ostalih.
Neobična kombinacija elemenata
Analiza elektronskom mikrosondom pokazala je da novo zrno sadržava željezo, krom, nikal, mangan, molibden, silicij i aluminij. Posebno je upadljiva bila velika količina silicija u usporedbi s drugim metalnim česticama iz istog uzorka.
Sama prisutnost tih elemenata ipak nije dovoljna da bi se materijal proglasio novom legurom. Za leguru je jednako važan i raspored atoma jer on utječe na brojna svojstva materijala, od gustoće do električne vodljivosti. Istraživači su iz uzorka izdvojili četiri zrna i proučili ih metodom rendgenske difrakcije na monokristalu.
Tri usporedna zrna imala su jednostavnu kubičnu strukturu kakva se očekuje u uobičajenim vrstama čelika. Četvrto je imalo znatno složeniji i pravilniji raspored atoma, poznat kao struktura tipa AlAu4, izvedena iz strukture beta-mangana. Autori navode da takva kombinacija kemijskog sastava i kristalne strukture nije poznata među dosad opisanim industrijskim legurama ni proizvodima nuklearnih eksplozija.
Legura nastala u nekoliko sekundi
Prema tumačenju autora, legura se najprije kondenzirala iz mješavine metalnih para unutar vatrene kugle. Dok se oblak širio, temperatura je naglo padala pa se materijal skrutio prije nego što su se atomi uspjeli preurediti u jednostavniju i stabilniju strukturu.
Riječ je o metastabilnoj fazi, stanju koje može dugo ostati zarobljeno iako bi pri sporijem hlađenju vjerojatno nastala drugačija struktura. Otkriće ne znači da je nastao materijal spreman za industrijsku uporabu. Njegova je vrijednost u tome što pokazuje kako se u ekstremno kratkom događaju mogu stvoriti faze koje bi u laboratoriju bilo vrlo teško dobiti na isti način.
Nova legura nije prvi neobičan materijal pronađen u ostacima nuklearnih eksplozija. Bindi i njegovi suradnici ranije su u trinititu, staklastom materijalu nastalom tijekom prvog nuklearnog pokusa, identificirali kristal koji znanost dotad nije poznavala. Otkriće iz Hirošime sada pokazuje da se u takvim sitnim česticama mogu sačuvati i druge metastabilne faze, skrivene izvan dosega uobičajenih analiza.
Što se još može skrivati u ostacima eksplozije
Autori naglašavaju da je u ovom istraživanju pronađeno jedno izdvojeno zrno, a ne velika količina novog materijala. Ipak, rezultat otvara mogućnost da se u uzorcima ostataka povijesnih nuklearnih eksplozija nalaze i druge rijetke metastabilne faze, skrivene u česticama promjera svega nekoliko mikrometara.
Legura je nastala u događaju koji je odnio živote desetaka tisuća ljudi i ostavio dugotrajne posljedice. Taj kontekst ne može se odvojiti od znanstvenog proučavanja materijala pronađenog u njegovim ostacima.
