當前位置:首頁>科技>原子彈爆炸的秘密產物:一種罕見的準晶
發布時間:2025-10-22閱讀(3)
|
1945年7月16日,美國在新墨西哥州進行了一次名為“三位一體”的核試驗,引爆了一枚由钚制成的核彈。這次爆炸釋放了相當于21萬噸TNT的能量,足以將30米高的試驗塔和周圍數英里的銅線蒸發。爆炸產生了一個巨大的火球,將周圍的沙子卷入其中,然后以熔融的碎片和液滴的形式落下,形成了一種玻璃狀的物質,被稱為“三位一體石”。
三位一體石的顏色有兩種,一種是綠色的,另一種是紅色的。綠色的三位一體石是由沙子熔化而成的,而紅色的三位一體石則含有大量的銅,是由銅線熔化而成的。紅色的三位一體石比綠色的三位一體石更稀有,也更有趣,因為它里面隱藏著一個驚人的秘密:一種新的準晶。 準晶是一種非常罕見的物質,它的原子排列有序但不重復,違反了晶體的規則。晶體的原子排列是周期性的,也就是說,如果你沿著任何方向移動一定的距離,你會看到相同的原子排列。準晶的原子排列則不是周期性的,你不會看到相同的原子排列重復出現。 但是,準晶的原子排列并不是完全隨機的,它們遵循著一種隱藏的對稱性,通常是五重對稱性或十重對稱性,這在晶體中是不可能出現的。準晶的結構類似于一些數學上的圖案,比如彭羅斯鑲嵌或菲波那契數列,它們具有一種叫做擬周期性的性質,也就是說,它們在局部看起來像是周期性的,但在整體上卻不是。 準晶的發現是一個物理學上的奇跡,它顛覆了人們對物質結構的認識。準晶的存在是在1984年被以色列科學家丹·謝赫特曼首次證實的,他在一種合金中發現了五重對稱的準晶。后來,人們又在其他的合金中發現了準晶,但都是在實驗室中人為合成的。 直到2011年,人們才在一種來自外太空的隕石中發現了天然的準晶,這種隕石被稱為哈提爾卡隕石,它是在俄羅斯的西伯利亞地區被發現的。哈提爾卡隕石中的準晶是由鋁、銅和鐵組成的,它的形成可能是由于隕石在進入大氣層時受到了高速的撞擊,產生了極端的壓力和溫度條件。 現在,我們又在三位一體石中發現了一種新的準晶,它是由硅、銅、鈣和鐵組成的,它的形成也是由于原子彈爆炸產生的極端的壓力和溫度條件。這種準晶是在一顆紅色的三位一體石中被發現的,它是在一滴銅質的液滴中被包裹著的。這滴液滴的直徑大約是10微米,而準晶的直徑只有2微米,所以它是非常微小的。
為了觀察它的結構,我們使用了一種叫做電子回旋衍射的技術,它可以測量電子束與物質相互作用時產生的衍射圖案。衍射圖案可以反映出物質的對稱性,如果是晶體,衍射圖案會呈現出點狀的分布,如果是準晶,衍射圖案會呈現出五重或十重的對稱性。我們在三位一體石中發現的準晶的衍射圖案呈現出十重的對稱性,這說明它是一種十面體的準晶。 這種準晶的發現是非常重要的,因為它是目前已知的最古老的人造的準晶,它的形成的時間是可以確定的,就是1945年7月16日的那一刻。它也是第一次在非合金的系統中發現的準晶,它的成分與哈提爾卡隕石中的準晶有一定的相似性,但又有一些不同。它還證明了原子彈爆炸的條件是可以合成準晶的,而且可能還可以合成其他的新奇的物質。這為我們探索物質的多樣性和奧秘提供了一個新的途徑,也為我們理解核爆炸的影響和后果提供了一個新的視角。 |
Copyright ? 2024 有趣生活 All Rights Reserve吉ICP備19000289號-5 TXT地圖HTML地圖XML地圖