Debris della pioggia radioattiva di Hiroshima collegato ai primi condensati del sistema solare

22 febbraio 2024 funzionalità

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di Hannah Bird, Phys.org

Il bombardamento atomico di Hiroshima, Giappone, da parte degli Stati Uniti nell'agosto 1945 è stato non solo devastante all'epoca, causando la morte di centinaia di migliaia di persone, ma ha avuto impatti duraturi fino ai giorni nostri, con particolare riguardo all'incidenza elevata di cancro dovuto alla radiazione.

Ricerche continue nella baia di Hiroshima hanno rivelato un nuovo tipo di detriti derivati dalle radiazioni, noti come vetri di Hiroshima. Questi si sono formati dai materiali vaporizzati della bomba e dal paesaggio circostante e l'infrastruttura che sono stati bersagliati.

Nuove ricerche pubblicate in Earth and Planetary Science Letters hanno analizzato le composizioni chimiche e isotopiche di questi vetri per comprendere il loro processo di formazione durante l'evento nucleare.

Nathan Asset, dell'Université Paris Cité, Francia, e colleghi hanno determinato che la rapida condensazione (1,5-5,5 secondi) all'interno della palla di fuoco nucleare (temperatura 3.200-1.000 Kelvin) è stato il processo primario. Questo è simile al processo tramite cui i primi solidi (condensati) del sistema solare, inclusioni ricche di calcio-alluminio (CAI) dei meteoriti primitivi (condriti), si sarebbero formati dalla vaporizzazione della polvere interstellare e del gas delle nebulose.

Per approfondire ulteriormente, il team di ricerca ha identificato quattro tipi di vetri all'interno dei 94 campioni di detriti da radiazioni: melilitici (bassa silice, elevata ossido di calcio e ricchi di ossido di magnesio), anortositici (contenuti elevati di ossido di alluminio e ricchi di ferro), vetro soda-calcio (ricco di silice e ossido di sodio) e silice (~99% di silice). L'origine del vetro di silice non poteva essere separata dai granuli di sabbia sulla spiaggia, ma i vetri soda-calcio sono simili alle composizioni di origine industriale.

Ricostruendo la formazione di questi vetri, i ricercatori affermano che la palla di fuoco a plasma è esplosa a 580 m sopra la città con un raggio di 260 m, una temperatura di picco di 107 K e una pressione di 10^6 atmosfere. Una onda termica ha toccato il suolo a temperature di 6.287°C.

In soli 0,35 secondi, la pressione è scesa fino a eguagliare quella dell'atmosfera circostante e entro 10 secondi la temperatura è scesa a 1.500-2.000 K e la vaporizzazione è cessata. Nei primi 0,5-2 secondi dopo l'esplosione, i materiali della città (calcestruzzo, leghe di ferro e alluminio, vetro industriale e suolo) sono stati vaporizzati e mescolati con sabbia, acqua del fiume Ota e l'atmosfera per produrre i vari tipi di vetri.

C'è una certa difficoltà nel stimare le quantità effettive di ciascun componente che è stato vaporizzato, poiché non tutti gli edifici sono stati distrutti; ad esempio, alcuni edifici costruiti per resistere ai terremoti hanno resistito all'esplosione e quindi parte del calcestruzzo, del ferro e dei mattoni non è stato vaporizzato.

Inoltre, materiali diversi richiedono diverse quantità di energia per essere vaporizzati e quindi formare nuclei di condensazione in diversi stadi del processo di formazione del vetro (ad esempio, l'inclusione dell'acqua del fiume sarebbe stata sostenuta più a lungo poiché richiede meno energia rispetto al calcestruzzo).

La composizione isotopica della silice all'interno dei vetri di Hiroshima è stata -23,0 ± 1,8 ‰ a -1,5 ± 1,1 ‰, mentre quella dell'ossigeno tramite frazionamento indipendente dalla massa era -3,1 ± 0,6 ‰, tutti valori compresi nei limiti della composizione dei CAI. Il team di ricerca ha utilizzato i risultati del frazionamento per determinare che i vetri melilitici sono stati i primi a formarsi, seguiti da quelli anortositici, poi soda-calcio e infine quasi pura silice.

Sebbene la composizione dell'ambiente di formazione del vetro di Hiroshima differisca da quella dei CAI (temperatura 3.500 K per Hiroshima e 2.000 K per il disco di accrescimento solare, pressione di 1 bar per Hiroshima e 10^-3–10^-6 bar per il disco solare, ambiente ricco di ossigeno per Hiroshima e ricco di idrogeno per il disco solare) e il tempo durante il quale gli eventi si sono verificati (<20 minuti per Hiroshima rispetto a molti anni per il disco solare), la comprensione dei processi che avvengono durante la transizione gas-solido ci aiuta a scoprire di più sulle origini del nostro sistema solare e su tutto ciò che si è sviluppato da allora.

Informazioni sulla rivista: Earth and Planetary Science Letters

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