トリニタイト

トリニタイトは、アトミックサイトまたはアラモゴードガラスとも呼ばれ、^{[1] [2]}、1945年7月16日にニューメキシコ州アラモゴード近郊で行われたプルトニウムベースのトリニティ核爆弾実験後に砂漠の床に残されたガラス質の残留物です。このガラスは主に、原爆の爆発で溶けた石英粒子と長石（微斜長石と少量の斜長石、少量の方解石、角閃石、普通輝石を含む砂質粘土のマトリックス） [ ^{3]からなるアルコーシック}砂で構成されています。 1948年にAmerican Mineralogistで初めて学術的に説明されました。^[4]

通常は薄緑色だが、爆発現場の一部では赤色のトリニタイトも発見され、^[4]まれに黒色のトリニタイトの破片も形成された。^[5]放射能は弱いが、取り扱いは安全である。^{[6] [7] [8]} 2018年現在、トリニティ現場には破片が残っているが、^[9]そのほとんどは1953年に米国原子力委員会によってブルドーザーで撤去され埋め立てられた。 ^[10]

2005年、ロスアラモス国立研究所の科学者ロバート・E・ヘルメスと独立研究者ウィリアム・ストリックファーデン は、鉱物の大部分は火球の中に吸い上げられた砂が液体の形で降り注いで形成されたという理論を立てた。 ^{[11] [12] 2010年の}Geology Todayの記事で、マサチューセッツ大学ローウェル校のネルソン・エビーとロバート・ヘルメスはトリニタイトについて次のように説明している。

ガラスの中には、最初の原子爆弾と支持構造物の溶けた破片、および爆発中に形成されたさまざまな放射性核種が含まれています。ガラス自体は数十から数百マイクロメートルのスケールで驚くほど複雑であり、さまざまな組成のガラスに加えて、溶けていない石英粒子も含まれています。溶けた物質が空気で運ばれると、球体とダンベル型のガラス粒子が形成されました。同様のガラスは、すべての地上核爆発で形成され、原子装置の特定に使用できる法医学的情報が含まれています。^[13]

これは、核イメージングと分光測定技術に基づく2011年の研究によって裏付けられました。^[14]研究者らは、緑色のトリニタイトには爆弾の支持構造物からの物質が含まれていると理論づけており、赤色のトリニタイトには銅の電気配線に由来する物質が含まれているとしています。^[15]

 ガラスの形成には、推定 4,300 ギガジュール (4.3 × 10 ^{19 erg) の熱エネルギーが費やされました。砂を溶かして観察されたガラスの形にするために必要な温度は約 1,470 °C (2,680 °F) であったため、これが砂がさらされた最低温度であったと推定されます。 [16]}爆発の火球内の物質は、凝固する前に推定 2～3 秒間過熱されました。 ^[17]亜鉛などの比較的揮発性の高い元素は、トリニタイトが爆発の中心に近づくほど量が減少します。温度が高いほど、これらの揮発性元素は蒸発し、物質が凝固するときに捕捉されませんでした。^[18]

爆発により、クレーターの周囲に大量のトリニタイトが散乱した。^[19]タイム誌は1945年9月、この場所は「緑の翡翠の湖」のように見え、「ガラスは奇妙な形を呈した。不均衡なビー玉、厚さ1/4インチのこぶのあるシート、割れた薄い壁の泡、緑色の虫のような形」だったと書いている。^[2]丸いビーズのような形の存在は、一部の物質が空中に投げ出されて溶け、地面に留まってそこで溶けたのではなく、すでに形成された状態で着地したことを示唆している。^[15]地上で形成された他のトリニタイトには、砂が混入している。[ ^17]このトリニタイトは上面が急速に冷却され、下面は過熱された。^[20]

トリニタイトの生成の混沌とし​​た性質により、構造と組成の両方に多様性が生まれました。^[17]このガラスは「1～2センチメートルの厚さの層で、上部の表面には溶けている間に落ちた非常に薄い塵がまぶされています。底部には部分的に溶けた物質の厚い膜があり、それが由来した土壌に徐々に移行しています。ガラスの色は淡いボトルグリーンで、物質は非常に気泡が多く、気泡のサイズは標本の全厚にほぼ相当します。」と説明されています。 ^[3]最も一般的なトリニタイトの形状は、厚さ1～3センチメートルの緑色の破片で、片面は滑らかで、もう片面はざらざらしています。これは、砂漠の床にまだ溶けている状態で落下した後、冷却されたトリニタイトです。^{[22] [20]}

トリニタイトの約30％は空隙ですが、その量はサンプルによって大きく異なります。トリニタイトには亀裂などのさまざまな欠陥があります。 ^[17]着陸後に冷却されたトリニタイトでは、滑らかな上部表面には多数の小さな気泡が含まれ、下部の粗い層には気泡密度は低いが大​​きくなっています。^[20]主にアルカリ性です。^[22]

トリニタイトで見つかった珍しい同位体の一つはバリウム中性子活性化生成物で、トリニティ装置内のバリウムはバラトールと呼ばれる装置で使用されている低速爆発レンズから来ている。^[21]石英はほとんどのトリニタイトで唯一残っている鉱物である。^[17]トリニタイトには飲み込まない限り有害になるほどの放射線はもはや含まれていない。^[2]プルトニウム爆弾を使用したトリニティ実験のため、放射性核種²⁴¹ Am、¹³⁷ Cs、¹⁵² Euがまだ含まれている。^[22]

トリニタイトガラスには屈折率の異なる2つの形態がある。屈折率の低いガラスは主に二酸化ケイ素で構成され、屈折率の高いガラスは混合成分から構成される。赤色のトリニタイトは両方の形態に存在し、銅、鉄、鉛を多く含むガラスと金属球を含む。^[4]黒色のトリニタイトの色は鉄を多く含むためである。^[5]

2021年に発表された研究では、赤色トリニタイトのサンプルに、これまで発見されていなかった複雑な準結晶が含まれていることがわかった。これは、正二十面体の対称群を持つ、最も古い既知の人工準結晶である。[23] これは、鉄、ケイ素、銅^、カルシウムで構成されている。^[19]準結晶の構造は、5回の回転対称性を示している。^[23]準結晶の研究は、フィレンツェ大学の地質学者ルカ・ビンディとポール・スタインハートが主導し、赤色トリニタイトにはめったに結合しない元素が含まれていることが多いため、準結晶が含まれている可能性が高いと理論づけた。^{[19] [24]構造の化学式は}Si ₆₁ Cu ₃₀ Ca ₇ Fe ₂である。^[23]赤色トリニタイトの小さなサンプル6つを10か月間調べた結果、 10 μmの粒子が1つ検出された。 ^{[19] [24] [25]}

2010年にオープンアクセスジャーナル「米国科学アカデミー紀要」に掲載された研究では、核鑑識の分野におけるトリニタイトの潜在的価値が検討された。^[26]この研究以前は、トリニタイトの成分は完全に同一に融合し、元の組成は判別できないと想定されていた。この研究では、核爆発でできたガラスから核爆発装置や梱包などの関連部品に関する情報が得られる可能性があることが実証された。^[27]

2010年代には、トリニタイトガラスが核爆発の原因を解明するためにどのような情報を保持しているかをより深く理解するために、数百万ドルの研究が行われました。^[28]研究者は、トリニタイト分析が将来の核攻撃の犯人を法医学的に特定するのに役立つ可能性があると理論づけました。^{[27] [29]}

準結晶の発見に関わった研究者らは、核実験で得られた他の証拠とは異なり、準結晶は崩壊しないため、自分たちの研究が核兵器拡散の調査の取り組みを改善できるのではないかと推測した。 ^[23]トリニタイトが研究対象として選ばれたのは、核実験が十分に文書化されていたことが一因である。^{[18] 2015年に}国家核安全保障局が資金提供した放射分析・核化学ジャーナルの研究では、新しい核鑑識技術の試験対象として使用するために、トリニタイトのようなガラスを意図的に合成する方法が説明されている。 ^[17]レーザーアブレーションは、トリニタイトのサンプルから爆弾内のウランに固有の同位体シグネチャーを特定するために初めて成功し、このより迅速な方法の有効性を実証した。 ^[30]

トリニタイトは当初、核実験と進行中の戦争の状況では注目に値するものとは考えられていなかったが、戦争が終わると訪問者がそのガラスに気づき、土産として収集し始めた。^[2]しばらくの間、砂漠の砂は火の玉の直接放射熱エネルギーで単に溶けただけで、特に危険ではないと信じられていた。そのため、1945年^{[31] [32]}と1946年にはジュエリーに適しているとして販売された。 ^[2]現在、現場から残りの材料を持ち出すことは違法であり、その多くは米国政府によって除去され、ニューメキシコ州の他の場所に埋められたが、この禁止以前に持ち出された材料は今でも収集家の手に残っており、鉱物店で合法的に入手できる。^{[2] [28]}偽造トリニタイトも市場に出回っており、トリニタイトの真贋には科学的な分析が必要である。^{[33] [5]}国立原子力科学史博物館、スミソニアン国立自然史博物館、^[2]ニューメキシコ農場牧場遺産博物館、^[34]コーニングガラス博物館にサンプルが保管されている。^[35]国立原子力実験博物館にはトリニタイトを含む文鎮が収蔵されている。^[36]イギリスではサイエンスミュージアムグループのコレクションにトリニタイトのサンプルが収蔵されており、^{[37]カナダの}カナダ戦争博物館^[38]にも収蔵されている。

宇宙のどこか他の場所で知的生命体の兆候を発見し研究することを目指しているSETI研究所は、2021年に、知的地球外生命体が興味を持つ可能性のある「変革の瞬間」に関連するオブジェクトのライブラリにトリニタイトが含まれる予定であると発表した。[ 39 ]^トレバー・パグレンの彫刻「トリニティ・キューブ」は、2019年にサンディエゴ現代美術館でパグレンの作品のテーマ別コレクション「Sights Unseen」の一部として展示され、部分的にトリニタイトで作られています。 [ ^40]写真家パトリック・ナガタニによる1988年頃の芸術作品「トリニタイト、グラウンドゼロ、トリニティサイト、ニューメキシコ」は、デンバー美術館に収蔵されています。^[41]

時折、トリニタイトという 名称は、トリニティ実験だけでなく、核爆弾実験のガラス質残留物すべてに広く適用される。^[42]核爆発の熱で固まった溶融砂の黒いガラス質の破片は、アルジェリアのレガン実験場でのフランスの実験で生成された。^[43]広島への原爆投下後、2016年に地元の海岸の砂の0.6%から2.5%が爆撃中に形成された溶融ガラス球であることが発見された。トリニタイトと同様に、ガラスには攻撃で破壊された建物の材料など、地元の環境からの材料が含まれている。この物質はヒロシマ石と呼ばれている。^[44]ハリトンチキ（単数形：kharitonchik、ロシア語：харитончик ）は、ソ連の大気圏内核実験の爆心地であるカザフスタンのセミパラチンスク実験場で発見されたトリニタイトの類似物である。この多孔質の黒い物質は、ロシアの主要な核兵器科学者の一人であるユーリイ・ボリソヴィッチ・ハリトンにちなんで名付けられました。^[45]

トリニタイトは、いくつかの類似した天然鉱物と同様に、溶融ガラスである。^{[46]トリニタイトや}ラビナイトなどの類似の形成過程を経る物質は人為的なものだが、雷雨の起こりやすい地域や砂漠の多くで見つかるフルグライトは、自然に形成されたガラス質の物質で、砂などの堆積物に雷が当たることで生成される。 ^{[19]トリニタイトに似た物質である}インパクタイトは、隕石の衝突によって形成されることがある。月の地質には、1回以上の大規模な衝突によって形成された岩石が多く含まれ、衝突地点に近づくほど揮発性元素の量が少なくなり、トリニタイトの揮発性元素の分布に似ている。^[18]

• トリニティ試験場での最近の現地ガンマ測定と2011年のトリニタイトサンプルとの比較

ウィキメディア・コモンズには、トリニタイトに関連するメディアがあります。

Scholia には Trinitite (Q970542) のプロファイルがあります。

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• トリニタイトの情報と写真
• トリニタイトの放射線スペクトル
• ラルフ・プレイがトリニタイトを現場から除去した記録
• トリニタイトサンプルの完全分析