أدى الانفجار الذري في هيروشيما إلى تشكيل معدن لم يسبق له مثيل على الأرض: ScienceAlert

لقد تغير العالم إلى الأبد في 6 أغسطس 1945.

كان ذلك هو اليوم الذي قامت فيه البشرية لأول مرة عمداً باستخدام أقوى سلاح تصوره على نفسها على الإطلاق – عندما كانت الولايات المتحدة أطلق العنان لقنبلة ذرية على شعب هيروشيما في اليابان.

وفي ثوانٍ، وصلت الكرة النارية إلى درجات حرارة أعلى من 7000 درجة مئوية (~12600 درجة فهرنهايت)، مما أدى إلى تبخر اللحم والمعدن على حدٍ سواء.

ومع تبريد المواد في أعقابها الرهيب، تشكل شيء لم تره البشرية من قبل في الرماد.

في بقعة من المواد تم انتشالها من رمال خليج هيروشيما، حدد العلماء بقيادة الجيولوجي لوكا بيندي من جامعة فلورنسا في إيطاليا، حبة صغيرة من سبيكة معدنية تشكلت في الظروف القاسية للانفجار الذري.

قال بيندي لموقع ScienceAlert: «تعرض الكرة النارية النووية العديد من المواد المختلفة للحرارة الشديدة والاختلاط العنيف والتبريد السريع للغاية، كل ذلك في ثوانٍ.

“في الواقع، فهو يقوم بعدد هائل من تجارب المواد غير الخاضعة للرقابة في وقت واحد، حيث يقوم بأخذ عينات وتركيبات قد يستغرق الباحثون سنوات لاستكشافها عمدًا في المختبر.”

وكان الانفجار بقوة 15 كيلو طن عندما عرفت القنبلة الولد الصغير لقد ترك الانفجار فوق هيروشيما وراءه ندوباً كثيرة. وبعضها معروف مثل ظلال الضحايا محفورة على الحجر والخرسانة. والبعض الآخر أكثر دقة.

ومن بين هذه الأخيرة جزيئات مجهرية من الحطام المتساقط المعروف باسم هيروشيمايتس – وهي كتل صغيرة من المواد الزجاجية التي تشكلت على شكل مواد متبخرة ومنصهرة تم خلطها معًا وتبريدها بسرعة أثناء حدث الانفجار الجوي.

تحتوي هذه الجسيمات على سجل مادي للكرة النارية. تم جمع جميع المواد المختلفة وخلطها معًا في ظروف وتركيبات لا تحدث عادةً، حتى في ظل ظروف التصنيع الاصطناعية.

وأوضح بيندي أن “المعادن والزجاج والتربة ومواد البناء يتم تبخيرها وخلطها عند درجة حرارة عالية جدًا، مما يؤدي إلى تكوين تركيبات كيميائية نادرًا ما تحدث في الظروف العادية”.

“مع توسع كرة النار، تتكثف المادة وتبرد بسرعة كبيرة بحيث يمكن تجميد الترتيبات الذرية غير العادية في مكانها قبل أن تتحول إلى هياكل أبسط وأكثر استقرارًا.”

لقد أثبت العمل السابق بالفعل أن منتجات هيروشيما المتساقطة تحتوي على مكثفات غير عادية تتشكل في ظل ظروف درجات الحرارة القصوى ولكن العابرة.

كان بيندي وزملاؤه يبحثون على نطاق واسع عن أطوار معدنية غير عادية محفوظة في الغبار المتساقط، عندما أجروا دراسة على 34 عينة من هيروشيمايت، باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات عالية الدقة لاستكشاف التركيب المجهري وبنية كل كرة صغيرة.

أثبتت إحدى تلك العينات أنها مثيرة للاهتمام بشكل خاص. كانت جزءا لا يتجزأ من المصفوفة الزجاجية العديد من الأجزاء المجهرية من سبائك الحديد والكروم.

كانت معظم تلك الشظايا المعدنية كما هو متوقع للسياق بشكل أو بآخر.

لكن واحدة برزت.

وقال بيندي: “جاء الدليل الأول من التحليلات الكيميائية: تحتوي حبة واحدة على كمية من السيليكون أكبر بكثير من الجزيئات المعدنية الغنية بالحديد والكروم المحيطة بها”.

يبلغ عرض الحبوب حوالي 10 ميكرومتر فقط، وكما كشف تحليل المسبار الإلكتروني، فإنها تحتوي في الغالب على الحديد، بالإضافة إلى الكروم والسيليكون والنيكل والموليبدينوم والمنغنيز والألمنيوم. ولكن لم يكن مجرد مزيج العناصر هو ما جعله غريبًا جدًا.

اختار الباحثون أربع حبيبات لإلقاء نظرة فاحصة عليها، وهي كراتهم الصغيرة الغريبة، وثلاث حبيبات أخرى بنفس الحجم تقريبًا.

وباستخدام إبر دقيقة، استخرجوا بعناية الحبوب يدويًا من العينة المصقولة، ثم استخدموا تقنية تسمى حيود الأشعة السينية أحادية البلورة لتحديد طريقة ترتيب الذرات داخل كل واحدة.

كانت حبيبات المقارنة الثلاثة ذات هيكل مكعب بسيط متمركز حول الجسم متوقع للفولاذ العادي.

الغريب لم يفعل ذلك.

وكانت تلك الملاحظة الحاسمة.

وأوضح بيندي أن “الحداثة تكمن في هذا المزيج المحدد من الكيمياء والبنية البلورية، والذي لا يتطابق مع السبائك الصناعية المعروفة أو منتجات الانفجار التي تم الإبلاغ عنها مسبقًا”.

لا يتم تعريف السبيكة فقط من خلال مكوناتها؛ إن كيفية ترتيب تلك الذرات مهمة أيضًا. يمكن لمادتين تحتويان على عناصر متشابهة إلى حد كبير أن يكون لهما خصائص مختلفة جدًا اعتمادًا على بنيتهما البلورية. ولهذا السبب فإن الجمع بين الكيمياء والبنية هو الذي حدد حداثة السبيكة الجديدة.

كشف حيود الأشعة السينية أنه بدلاً من الترتيب المكعب البسيط المتمركز حول الجسم الموجود في الحبوب المقارنة، فإن الذرات الموجودة في الحبوب الغنية بالسيليكون تحتل ترتيبًا مكعبًا أكثر تعقيدًا وترتيبًا عاليًا يسمى هيكل من نوع AlAu₄، المستمدة من هيكل بيتا المنغنيز.

ويعتقد الباحثون أنها تشكلت في ظل الظروف الشديدة للانفجار النووي، حيث تكثفت من بخار معدني ثم بردت بسرعة غير عادية. في ظل ظروف أكثر طبيعية، تشكل النقطة المتكثفة بنية أبسط لأنها تبرد بشكل أبطأ.

وبدلا من ذلك، تم احتجاز السبيكة في تكوين أكثر تعقيدا بكثير قبل أن تتمكن من الاسترخاء في شيء أكثر استقرارا.

وقد لا يكون هذا أمرًا غير معتاد بالنسبة للتداعيات النووية. وفي وقت سابق من هذا العام، كشف فريق آخر بقيادة بيندي clathrate لم يسبق له مثيل في حطام اختبار ترينيتي الذي أجري في يوليو 1945.

وقال بيندي: “تشير هذه الاكتشافات إلى أن حطام الانفجار التاريخي قد يحتوي على مجموعة كاملة من المراحل شبه المستقرة النادرة، والعديد منها مخبأ في الحبوب التي يبلغ عرضها بضعة ميكرومترات فقط، وبالتالي من السهل التغاضي عنها”.

متعلق ب: أول انفجار نووي في العالم خلق شكلاً نادرًا من المادة

وهذا يعني أن الحطام المتبقي في رماد الانفجارات النووية قد يحتوي على مكتبة مجهرية من المواد التي لا نعلم بوجودها بعد، والتي تم تشكيلها في ظل ظروف شديدة للغاية وعابرة بحيث يصعب إعادة إنتاجها عمدًا.

ولكن من المهم ألا ننسى كيف تم إنشاؤها ــ المؤثر العميق المتمثل في اكتشاف مادة لم تكن معروفة من قبل داخل حطام واحدة من أعظم المآسي التي شهدتها البشرية.

وقال بيندي “هذا التوتر موجود دائما.”

“من الناحية العلمية، المادة غير عادية، لكن لا يمكن فصلها عن الكارثة الإنسانية التي خلقتها؛ لذلك يجب التعامل مع العمل بتواضع واحترام ووعي واضح بأن المعرفة العلمية هنا تأتي من بقايا معاناة هائلة”.

وقد تم نشر النتائج في تقدم العلوم.