Una nuova scoperta scientifica apre una finestra sui processi fisico-chimici estremi prodotti dalle esplosioni nucleari. Un gruppo di ricerca coordinato da Luca Bindi, del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze, ha identificato una lega metallica multicomponente mai osservata prima, nascosta all’interno di una particella di hiroshimaite, il materiale vetroso generato dall’esplosione atomica di Hiroshima del 1945. La lega è stata individuata in un microscopico granulo metallico inglobato in una matrice vetrosa proveniente dalle sabbie della Baia di Hiroshima. Le analisi condotte dai ricercatori hanno mostrato una composizione caratterizzata da un’elevata presenza di silicio e dalla combinazione di diversi elementi metallici: ferro, cromo, nichel, manganese, molibdeno, silicio e alluminio. “Le esplosioni nucleari generano ambienti fisico-chimici estremamente transitori, con temperature elevatissime, vaporizzazione di materiali eterogenei e raffreddamenti rapidissimi – spiega Luca Bindi – In queste condizioni possono formarsi fasi cristalline e metalliche che non si osservano nei processi naturali o industriali ordinari”.
Il campione analizzato appartiene alla famiglia delle hiroshimaiti, microsferule di vetro prodotte durante l’esplosione del 1945 e successivamente conservate nei sedimenti costieri dell’area. All’interno di uno dei campioni studiati, gli scienziati hanno individuato numerosi frammenti metallici composti da ferrocromo (Fe-Cr). Tra questi, uno ha attirato l’attenzione per il suo particolare arricchimento in silicio e per una struttura cristallina inattesa.
“La lega – aggiunge Bindi – si sarebbe formata per condensazione da un vapore metallico complesso generato dalla vaporizzazione di materiali urbani, industriali e geologici coinvolti nella palla di fuoco nucleare. Il successivo raffreddamento ultrarapido avrebbe ‘congelato’ una configurazione atomica metastabile, preservandola fino a oggi”.
Secondo i ricercatori, la scoperta dimostra come un’esplosione nucleare possa agire come un vero e proprio laboratorio naturale, capace di creare materiali in condizioni estremamente lontane dall’equilibrio. La rapidità dei processi coinvolti – fusione, vaporizzazione, miscelazione e successivo raffreddamento improvviso, noto come quenching – può infatti produrre strutture che difficilmente si formerebbero in condizioni ordinarie.
Lo studio potrebbe avere applicazioni anche oltre il campo della mineralogia dei detriti atomici. Le nuove conoscenze sulle microleghe e sui vetri prodotti da esplosioni nucleari potrebbero infatti contribuire agli studi di forensica nucleare, la disciplina che analizza materiali radioattivi sequestrati o residui di esplosioni per ricostruirne origine, caratteristiche e modalità di produzione. I materiali generati da eventi nucleari possono conservare infatti informazioni preziose sulle condizioni termiche, chimiche e dinamiche dell’esplosione che li ha prodotti. La loro composizione può diventare una sorta di “firma” dell’evento, permettendo agli scienziati di ricostruire la storia di un campione anche a distanza di decenni.
La ricerca si colloca in un percorso scientifico già avviato con lo studio dei detriti del test Trinity del 1945, la prima esplosione nucleare della storia, nei quali erano stati individuati un quasicristallo formatosi accidentalmente durante l’esplosione e un clatrato mai descritto in precedenza. Il nuovo risultato ottenuto sui materiali di Hiroshima amplia ulteriormente la conoscenza dei prodotti generati dalle esplosioni atomiche, mostrando come eventi diversi possano dare origine a fasi materiali complesse: strutture periodiche, come i cristalli, quasiperiodiche, come i quasicristalli, o nuove combinazioni di elementi miscelati a livello atomico. Una testimonianza, a livello microscopico, della straordinaria e inattesa capacità delle esplosioni nucleari di trasformare la materia in condizioni estreme e irripetibili.