Специалисты выявили ранее не зафиксированный сложный сплав металла, сформировавшийся в первые моменты после атомного удара по Хиросиме американскими войсками 6 августа 1945 года. Полученные данные свидетельствуют о том, что чрезвычайные условия ядерной катастрофы способны генерировать вещества с уникальной кристаллической организацией, которые не могут быть получены стандартными методами металлургии.

Команда ученых из Университета Флоренции (Италия) и Калифорнийского университета в Беркли (США) провела исследование хиросимитов – микроскопических стеклянных шариков. Эти объекты возникли во время атомного взрыва, осуществленного американцами более восьми десятилетий назад, и были сохранены в песчаной среде залива Хиросима на территории Японии. Предыдущие исследования показали, что эти частицы являются своеобразной «записью» огненного шара: они образовались вследствие испарения строительных конструкций, почвы, стекла и металлов под воздействием колоссальной температуры.

По оценкам авторов научной работы, опубликованной в журнале Science Advances, в первые секунды после взрыва температура внутри огненной сферы превышала отметку в 7000 градусов Цельсия. В результате этого явления в атмосферу попарили и перемешались пары стали, алюминия, бетона, стекла, кирпича, почвы и прочих компонентов. После чего образовавшееся облако быстро расширялось и остывало, а содержащиеся в нем вещества конденсировались в микроскопические капли и твердые фрагменты.

Исследователи изучили 34 образца хиросимитов с использованием оптической и электронной микроскопии, электронного зонда и рентгеноструктурного анализа. По большей части металлические включения представляли собой известные железо-хромовые сплавы. Тем не менее, в одном из шариков была обнаружена крошечная металлическая частица – с размером около 10 микрометров, — которая существенно отличалась от прочих.

В результате проведенного исследования установлено, что основной компонент частицы – железо, однако в ее составе присутствуют также хром, никель, кремний, молибден, марганец и незначительное количество алюминия. Четыре независимых замера подтвердили практически однородный химический состав по всей толщине образца. Специалисты считают, что это указывает на то, что сплав затвердел из цельного расплава и охладился настолько стремительно, что не успело сформироваться зоны с различным составом внутри него.

Наиболее значимым оказалось не столько сам перечень химических элементов, сколько внутренняя организация вещества. Проведя рентгеноструктурный анализ, специалисты выяснили, что сплав обладает необычной упорядоченной кристаллической структурой типа AlAu4 – разновидностью структуры β-Mn. Ранее такая структура не встречалась у материалов с аналогичным химическим составом.

На первом этапе исследователи рассматривали возможность того, что найденная частица является обломком какого-либо промышленного сплава, существовавшего до взрыва. Но эта версия оказалась несостоятельной: комбинация химического состава и кристаллической структуры не соответствует известным промышленных железохромистым сплавам. Кроме того, при использовании стандартных металлургических процессов подобные материалы должны формировать более простые кристаллические решетки.

Согласно выводам специалистов, формирование этого материала прошло через иной процесс. В результате мощной детонации различные металлические элементы превратились в пар и образовали расплавленную массу. Из этой сложной смеси металлов начали формироваться микроскопические частицы, которые быстро остывали, фиксируя уникальные структуры, не воспроизводимые при стандартных методах изготовления металла.

Авторы исследования подчеркнули, что обнаруженный материал нельзя отнести к высокоэнтропийным сплавам в строгом понимании этого термина. Несмотря на то, что он содержит несколько основных элементов, его состав значительно перекошен в сторону железа, а кристаллическая структура упорядочена, тогда как классические высокоэнтропийные сплавы обычно характеризуются близкими концентрациями компонентов и отсутствием порядка в структуре. Тем не менее данный материал сочетает черты обеих групп, поэтому ученые полагают, что он может являться представителем промежуточного класса подобных соединений.

На данный момент область использования данного сплава остается неопределенной. Специалисты еще не проводили измерения его прочности, магнитных характеристик или иных параметров.

В 2021 году в образцах от первого ядерного взрыва «Тринити», осуществленного Соединенными Штатами Америки летом 1945 года на полигоне Аламогордо (Нью-Мексико), был найден необычный квазикристалл. Это открытие подтверждает, что атомные детонации способны создавать не только квазикристаллы, но и другие сложные кристаллические образования, возникающие при экстремально высоких температурах, интенсивном смешивании вещества и очень быстром охлаждении.