Trinitit , také známý jako atomit nebo sklo Alamogordo, [1] [2] je sklovitý materiál, který zůstal v poušti po testu atomové bomby Trinity 16. července 1945 poblíž Alamogorda v Novém Mexiku . Vzniká primárně z atomárního výbuchu roztaveného arkózového písku složeného ze zrn křemene a živce (jak mikroklin , tak menší množství plagioklasu s malým množstvím kalcitu , rohovce a augitu v matrici pískové hlíny ). [3] Materiál byl poprvé popsán v American Mineralogist v roce 1948 [4] .
Obvykle je světle zelená, ačkoli barvy se mohou lišit [4] , přičemž se vyskytují červené a černé odstíny. [5] Středně radioaktivní, ale manipulace s ním je bezpečná. [6] [7] [8]
Koncem 40. a začátkem 50. let byly exempláře sbírány a prodávány sběratelům minerálů jako novinka. Zbytky materiálu se od roku 2019 stále nacházejí na testovacím místě, [9] ačkoli velká část byla svezena buldozery a zlikvidována Komisí pro atomovou energii USA v roce 1953. [deset]
V roce 2005, v Los Alamos National Laboratory , Robert Hermes a William Strickfaden uvedli, že většina minerálu byla vytvořena z písku, který kondenzoval uvnitř samotné ohnivé koule a pak se usadil do kapalné formy. [11] V článku z roku 2010 v Geology Today popsali Nelson Eby z University of Massachusetts Lowell a Robert Hermes trinititidu:
Vnitřek skla obsahuje roztavené částice z původní atomové bomby a také nosné konstrukce a různé radionuklidy vzniklé při výbuchu. Samotné sklo je pozoruhodně složité v měřítku desítek až stovek mikrometrů; kromě skloviny různého složení obsahuje i zrna neroztaveného křemene. Přenos roztaveného materiálu vzduchem vedl ke vzniku částic ve formě koulí a činek. Podobné sklovité útvary se tvoří při všech pozemních jaderných explozích a obsahují informace, které lze použít k identifikaci jaderného zařízení. [12]
Tento důkaz byl podpořen F. Belloni et al. ve studii z roku 2011 založené na technikách jaderného zobrazování a spektrometrie. [13] Výzkumníci předpokládali, že zelený trinitit obsahuje materiál z nosné konstrukce bomby, zatímco červený trinitit obsahuje materiál pocházející z měděných elektrických vedení. [čtrnáct]
Sklo bylo popsáno jako "předmět o tloušťce 1 až 2 centimetry, s horním povrchem poznamenaným velmi jemným rozptylem prachu, který na něj padal, když bylo ještě roztavené. Na dně je silnější film částečně roztaveného materiálu přecházející do půda, ze které byl získán. Sklo je světle zelené barvy a materiál je extrémně vezikulární s bublinami o velikosti téměř celé tloušťky vzorku."
Přibližně 4,3 × 10 19 erg nebo 4,3 × 10 12 joulů tepelné energie šlo do tváření skla, a protože teplota potřebná k roztavení písku do pozorované skleněné formy byla asi 1470 Celsia, byla minimální návrhová teplota, které byl písek vystaven. . [15] Materiál, který zasáhl ohnivou kouli, byl zahříván 2-3 sekundy, než znovu ztuhnul. [16] Poměrně těkavé prvky, jako je zinek, se nacházejí v množstvích, která jsou tím menší, čím blíže se nachází vzniklý trinitit k epicentru exploze; čím vyšší je teplota, tím více se odpařují a nejsou zachyceny, když materiál znovu tuhne. [17]
V důsledku exploze bylo kolem kráteru rozptýleno velké množství trinititu [18] a v září 1945 časopis Time napsal, že toto místo získalo podobu „jezera zeleného nefritu“, kde „sklo na podivných tvarech - křivé koule, svázané pláty o tloušťce čtvrt palce, rozbité, tenkostěnné puchýře, zelené, červovité tvary. [2] Přítomnost zaoblených tvarů připomínajících korálky naznačuje, že část materiálu se roztavila poté, co byla zvednuta do vzduchu, spíše než aby se roztavila na úrovni země. [14] Zbytek trinititu vznikl na povrchu a obsahuje zhutněné pískové inkluze. [16] Tento trinitit se na svém horním povrchu rychle ochladil, zatímco spodní povrch byl přehřátý. [19]
Chaotická povaha tvorby trinititu vedla k odchylkám ve struktuře i přesném složení. [16]
Předmět je popsán jako "vrstva o tloušťce 1 až 2 centimetry, s horním povrchem poznamenaným velmi tenkým rozptylem prachu, který na něj padal, když byl v roztaveném stavu. Pod ním je silnější film částečně roztaveného materiálu, stejnoměrně srostlé s původní půdou. Barva skla je světle lahvově zelená a materiál je extrémně vezikulární s velikostí bublin dosahujících téměř celé tloušťky vzorku“ [3] . Formy trinititu jsou zelené úlomky 1-3 cm silné, na jedné straně hladké a na druhé drsné; jedná se o trinitit, který se po přistání v roztaveném stavu na zem ochladil. [21] [19]
Asi 30 % objemu trinititu je prázdný prostor, i když přesné hodnoty se mezi vzorky velmi liší. Trinitit má také různé další vady, jako jsou praskliny . [16] V trinititu, který po vysrážení vychladl, hladký horní povrch obsahuje velké množství malých bublinek, zatímco spodní drsná vrstva má nižší hustotu bublin, ale jsou větší. [19] Trinitit je převážně alkalický. [21]
Jeden z neobvyklejších izotopů nalezených v trinititu je produkt neutronové aktivace barya , baryum v Trinityho zařízení bylo v Boratolu , „pomalé výbušné čočce“ používané v aktivačním zařízení. [22] Křemen je jediným dochovaným minerálem ve většině trinititů. [16]
Trinitit je málo radioaktivní a při požití je bezpečné s ním manipulovat. [2] Stále obsahuje radionuklidy 241 Am , 137 Cs a 152 Eu , protože Trinity je plutonium . [21]
Existují dvě formy trinititového skla s různými indexy lomu . Sklo s nižším indexem lomu je složeno především z oxidu křemičitého , zatímco varianta s vyšším indexem lomu má smíšené složky. Červený trinitit existuje v obou variantách a navíc obsahuje sklo bohaté na měď, železo a olovo a také kovové kuličky. [4] Černá barva trinititu je způsobena vysokým obsahem železa. [5]
Ve studii publikované v roce 2021 bylo zjištěno, že vzorek červeného trinititu obsahuje dříve neznámé komplexní kvazikrystaly, nejstarší známý umělý kvazikrystal, se skupinou symetrie dvacetistěnu [23] . Skládá se ze železa, křemíku, mědi a vápníku. [18] Struktura kvazikrystalu vykazuje pětinásobnou rotační symetrii , která se nemůže přirozeně tvořit. [23] Studii kvazikrystalů provedli geolog Luca Bindi z Florentské univerzity a Paul Steinhardt poté, co navrhli, že červený trinitit pravděpodobně obsahuje kvazikrystaly, protože často obsahují prvky, které se zřídka kombinují. [18] [24] Struktura má vzorec Si 61 Cu 30 Ca 7 Fe 2 . [23] Jedno zrnko 10 μm bylo nalezeno po deseti měsících práce na šesti malých vzorcích červeného trinititu. [18] [24] [25]
Studie z roku 2010 publikovaná v časopise s otevřeným přístupem Proceedings of the National Academy of Sciences zkoumala potenciální hodnotu trinititu pro jadernou forenzní vědu. [26] Před touto studií se předpokládalo, že složky trinititu splynuly identicky a jejich původní složení nebylo možné určit. Studie zjistila, že sklo z jaderných výbuchů by mohlo poskytnout informace o zařízení a souvisejících součástech, jako je obal. [27]
Během roku 2010 byly miliony dolarů vynaloženy na výzkum trinititu, aby bylo možné lépe pochopit, jaké informace jsou obsaženy v tomto skle, které lze použít k pochopení jaderného výbuchu, který je způsobil. [28] Návrhářský tým navrhl, že analýza Trinitite z roku 2010 by byla užitečná při identifikaci osob odpovědných za budoucí jaderný útok. [27] [29]
Výzkumníci zapojení do objevu kvazikrystalu navrhli, že jejich práce by mohla zlepšit výzkumné úsilí v oblasti šíření jaderných zbraní, protože kvazikrystaly se na rozdíl od jiných důkazů z testování jaderných zbraní nerozpadají. [23] Trinitit byl vybrán jako předmět studia zčásti kvůli tomu, jak dobře byl jaderný test zdokumentován tehdejšími vědci [17] . Studie z roku 2015 zveřejněná v časopise Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry financovaném Národní správou jaderné bezpečnosti popisuje metodu, pomocí které lze záměrně syntetizovat sklo podobné trinititu, aby bylo možné jej použít jako testovací předměty pro nové jaderné forenzní techniky. [16] Laserová ablace byla poprvé úspěšně použita k identifikaci izotopového podpisu jedinečného pro uran uvnitř bomby, modelovaného po trinititu, což demonstruje účinnost této rychlejší metody [30] .
Někdy se název trinitit široce používá pro všechny skleněné zbytky testů jaderných bomb, nejen pro test Trinity.
Černé sklovité úlomky roztaveného písku ztvrdlého výbuchem byly popsány na francouzském testovacím místě v Alžíru ( Regan ).
Kharitonchik (množné číslo: kharitonchiki) je analog trinititu nalezený na testovacím místě Semipalatinsk v Kazachstánu na místech sovětských atmosférických jaderných testů. Tento porézní černý materiál, nejčastěji ve formě pelet, je pojmenován po jednom z předních sovětských vědců zabývajících se jadernými zbraněmi, Juliji Borisoviči Kharitonovi .
Trinitit, stejně jako několik podobných přírodních minerálů, je roztavené sklo:
Ačkoli trinitit a podobné materiály jsou antropogenní, fulgurity se nacházejí v mnoha oblastech a pouštích náchylných k bouřkám a jsou dutými nebo tvrdými sklovitými přírodními formami, ingoty, kapky, hrudky, krusty nebo dendritické struktury složené z křemenného písku, oxidu křemičitého, kamene, kalichu. biomasa, jíl nebo jiné typy půd a sedimentů. Vzniká v důsledku úderu blesku. V běžném životě jsou známější jako ďábelské prsty.
Nárazové sklo, materiál podobný trinititu, může vzniknout z dopadů meteoritu. Dopad .
Zpočátku se trinitit v souvislosti s jadernými testy a probíhající studenou válkou nepovažoval za velký problém, ale když patová situace skončila, návštěvníci si skla začali všímat a sbírat je jako suvenýry. [2]
Nějakou dobu se mělo za to, že pouštní písek prostě roztál přímým žárem ohnivé koule a není nijak zvlášť nebezpečný. V roce 1945 byl tedy prodán jako vhodný pro použití ve šperkařství v letech 1945 [31] [32] a 1946. [2]
V současné době je nezákonné brát zbývající materiál z místa, z nichž velká část byla odstraněna vládou USA a pohřbena jinde v Novém Mexiku; materiál, který byl pořízen před tímto zákazem, je však stále v rukou sběratelů a je legálně dostupný v prodejnách minerálů. [2] [28] Mezi sběrateli je známo mnoho padělků. Tyto padělky používají různé prostředky k tomu, aby oxidu křemičitému dodaly skelně zelený vzhled, jakož i k dosažení mírné radioaktivity; avšak pouze trinitit z jaderného výbuchu bude obsahovat určité produkty aktivace neutronů, které se nenacházejí v přirozeně radioaktivních rudách a minerálech. Spektroskopie gama záření umožňuje zúžit okruh potenciálních jaderných výbuchů, v jejichž důsledku vznikl ten či onen materiál. [33] [5]
Exempláře trinititu lze nalézt v Smithsonian National Museum of Natural History [2] , Heritage Museum v Novém Mexiku [34] a Museum of Glass v Corning [cs] [35] ; v National Museum of Atomic Testing [cs] je těžítko obsahující trinitit [36] . Mimo USA je trinitit ve sbírkách Britského vědeckého muzea [37] a také Kanadského válečného muzea [38] .