Атомный взрыв в Хиросиме создал неизвестный науке металлический сплав

6 августа 1945 года американский бомбардировщик сбросил атомную бомбу на японский город Хиросима. Взрыв мгновенно уничтожил значительную часть города и унес жизни десятков тысяч людей. Но, как выяснилось, он также создал материалы, которые не встречаются в природе и не могут быть получены обычными промышленными способами.

Хиросимиты — «слепки» огненного шара

Ученые из Италии и США изучали так называемые хиросимиты — микроскопические стеклянные сферулы, которые сохранились в песках залива Хиросима. Эти частицы образовались в первые секунды после взрыва, когда колоссальная температура испарила строительные материалы, почву, стекло и металлы. Затем расплавленные вещества почти мгновенно остыли, запечатлев в себе условия огненного шара.

По оценкам исследователей, температура внутри огненного шара в первые секунды превышала 7000 градусов Цельсия. В таких условиях пары стали, алюминия, бетона, стекла, кирпича и грунта смешались в единое раскаленное облако, которое быстро расширялось и охлаждалось.

Необычная находка среди металлических включений

Авторы работы, опубликованной в журнале Science Advances, проанализировали 34 образца хиросимитов с помощью световой и электронной микроскопии, электронного микрозонда и рентгеноструктурного анализа. Большинство металлических включений оказались хорошо известными железо-хромовыми сплавами. Однако в одной из сферул обнаружилась крошечная частица размером около 10 микрометров, которая привлекла особое внимание.

Анализ показал, что частица состоит в основном из железа и содержит хром, никель, кремний, молибден, марганец и немного алюминия. Четыре независимых измерения подтвердили, что состав одинаков по всему объему — это говорит о том, что сплав кристаллизовался из единой капли расплава и остыл настолько быстро, что внутри него не успели сформироваться отдельные зоны с разным составом.

Главным открытием стала не комбинация элементов, а кристаллическая структура материала. Рентгеноструктурный анализ выявил упорядоченную решетку типа AlAu4, разновидность структуры β-Mn. Ранее такая структура не была известна для сплавов с подобным химическим составом.

Исследователи сначала предположили, что частица — фрагмент промышленного сплава, существовавшего до взрыва. Но эта гипотеза не подтвердилась: сочетание состава и структуры не соответствует ни одному известному промышленному материалу. При обычных металлургических технологиях такие компоненты кристаллизуются в более простые структуры.

По мнению ученых, новый материал возник иначе: при взрыве металлические конструкции испарились, смешались в раскаленном облаке, а затем из многоэлементного пара сконденсировались микроскопические капли, которые охлаждались столь быстро, что в них закрепились необычные метастабильные структуры, недостижимые в обычных условиях.

Обнаруженный сплав нельзя назвать высокоэнтропийным в строгом смысле: хотя он содержит несколько основных элементов, состав сильно смещен в сторону железа, а кристаллическая структура упорядочена. Тем не менее материал сочетает признаки разных групп и может представлять собой промежуточный класс соединений.

Практическое применение нового сплава пока не ясно — исследователи не измеряли его механические, магнитные или другие свойства. Однако находка подтверждает, что атомные взрывы способны создавать не только квазикристаллы (как при испытании «Тринити» в 2021 году), но и другие сложные кристаллические структуры, возникающие лишь при экстремальных температурах, интенсивном перемешивании вещества и сверхбыстром охлаждении.