Japonya’nın Hiroşima Körfezi’ndeki kıyı kumlarından toplanan kalıntıları inceleyen bilim insanları, atom bombasının oluşturduğu ve 8 farklı elementin karışımından oluşan yeni bir metal alaşım türü tespit etti. “Hiroşimit” (hiroshimaite) adı verilen serpinti kalıntıları nükleer patlamaların oluşturduğu alaşımlara yeni bir örnek niteliğinde.
Nükleer patlamalar gibi aşırı yüksek enerjili ve katastrofik (büyük yıkıma yol açan) olayların, normal laboratuvar koşullarında üretilemeyecek benzersiz minerolojik ve metalurjik fazlar (yeni malzemeler) ortaya çıkarma potansiyeli yüksek görülüyor. 6 Ağustos 1945’te Hiroşima atom bombası patlaması, saniyeler içinde 7 bin dereceyi aşan sıcaklıklara yol açarak binaları, çelikleri, betonları ve metalleri buharlaştırıp devasa bir plazma bulutuna dönüştürdü. Bu aşırı koşullar, malzemelerin hızla buharlaşması, karışması ve ardından şok dalgasıyla aniden soğuması için bir zemin hazırladı.
Nükleer patlamalardan kalan oluşumlar yeni değil
Nükleer patlamalar sonucu oluşan yeni alaşımlar aslında ilk defa görülen bir şey değil. Araştırmanın başyazarlarından Luca Bindi bu yeni örneklemi “Nitekim Hiroşima’dan birkaç yıl önce, New Mexico’daki ilk atom bombası patlaması Trinity Testi sırasında oluşan ve daha önce bilinmeyen bir kuazikristal (yarı-kristal) keşfettiğimizi bildirmiştik. Yeni Hiroshima alaşımı, aşırı olayların nasıl tamamen yeni madde formları üretebileceğine dair başka bir örnek sunuyor.” şeklinde ifade ediyor.
Bilim insanları Hiroşima Körfezi’ndeki kıyı kumlarından toplanan ve hiroşimit adı verilen 34 adet nükleer serpinti kalıntısını inceledi. Çok küçük boyutlardaki bu numunelerin analiz sırasında kaybolmasını önlemek amacıyla örnekler, epoksi reçineye (mikroskobik numuneleri sabitlemek için kullanılan şeffaf reçine) gömülerek cilalandı. Ardından kalıntılar, gelişmiş elektron mikroskoplarıyla tarandı. İncelenen camsı kürelerden birinin içinde, silisyum bakımından zenginleştirilmiş ve genişliği sadece 10 mikrometre olan minik bir metalik parçacık fark edildi.
Profesör Luca Bindi bu keşif anını şöyle anlatıyor: “Bunlar, son derece yüksek enerjili ve benzersiz bir olayın ürünleri. Bu parçacıklardan birini incelerken beklenmedik bir şeyle karşılaştık. Cam bir kürenin içinde, genişliği yalnızca birkaç mikrometre olan minik bir metal taneciği bulduk. İlk bakışta Hiroşima kalıntılarından bildiğimiz diğer metal parçalarına benziyordu; ancak yapılan kimyasal analizler durumun hiç de öyle olmadığını gösterdi.”
8 elementi kendinde toplamış homojen bir yapı
Araştırmacılar camsı yapının içindeki bu minik taneciği ince iğneler yardımıyla cilalanmış kesitten çıkarıp 5 mikrometre çapındaki karbon bir fibere monte etti ve Tek Kristal X – Işını Kırınımı cihazıyla analiz etti. Alaşımın homojen yapıda olduğu ve ortalama olarak ağırlıkça demir, krom, nikel, silisyum, molibden, manganez, alüminyum ve fosfor elementlerini içerdiği tespit edildi. Analiz sonuçlarını açıklayan Luca Bindi, “Tanecik; demir, krom, nikel, manganez, molibden, silisyum ve alüminyum gibi birçok farklı elementi mükemmel bir dengede ve homojen bir şekilde bir arada barındırıyordu. Bu bileşim, nükleer patlama kalıntılarında daha önce rastlanmış hiçbir malzemeyle uyuşmuyordu.” cümlelerini kullandı.
Profesör Luca Bindi, kristal yapıyı çözdükleri anı şöyle aktarıyor: “Taneciği bulunduğu yerden çıkardık ve tek kristal X-ışını kırınımı (SC-XRD) yöntemiyle inceledik. Bu teknik, kristalin içindeki atomların tam olarak nasıl dizildiğini görmemizi sağladı. Aldığımız sonuçlar oldukça şaşırtıcıydı; çünkü atomik yapı, sanayide kullanılan bildiğimiz paslanmaz çeliklere hiç benzemiyordu. Aksine bu kristal, nükleer bir patlama sonucu oluşan maddelerde daha önce hiç görülmemiş, son derece düzenli ve özel bir atomik dizilime sahipti.”
İnsanlık tarihinin en yıkıcı olayı olmaya devam ediyor
Yeni alaşımın keşfi malzeme bilimi ve mühendislik alanında yeni çalışmaları beraberinde getirebilir. Çoklu ana element içeren alaşımlar yüksek dayanıklılık, süneklik (plastik deformasyon), aşınma direnci, oksidasyon direnci ve yüksek sıcaklıklarda mekanik performansı koruma gibi özellikler sunabilir. Keşfedilen yeni faz, büyük ölçüde demir tabanlı olup hem karmaşık bir bileşime sahip hem de tamamen düzenli bir kristal yapısı sergiliyor. Bu durum, geleneksel malzeme biliminin sınırlarını zorlayarak gelecekte hem düzenli yapıların kararlılığını hem de bileşimsel karmaşıklığın avantajlarını birleştiren yeni hibrit alaşımların tasarlanmasına da öncü olabilir.
Luca Bindi, “Yeni alaşım, aşırı ve olağanüstü olayların tamamen yeni madde formları oluşturabileceğini bize bir kez daha gösteriyor. Yapıları farklı olsa da bu ve benzeri keşifler aynı temel bilimsel gerçeği doğruluyor: Sıradan laboratuvar ortamlarında ulaşılması neredeyse imkansız olan uç koşullar, maddenin hiç bilmediğimiz gizli davranışlarını ve yeni formlarını ortaya çıkarabilir.” diyerek sözlerini noktaladı.
Kaynak: Science Advances