تا حالا شنیدی یه فلز وقتی گرم میشه، به جای اینکه بزرگ‌تر شه، جمع بشه؟! خب، بیشتر مواد وقتی دماشون میره بالا، اتم‌هاشون شروع می‌کنن بیشتر لرزیدن و از هم دورتر میشن، برای همین حجمشون زیاد میشه. اما دلتا-پلوتونیوم، که یکی از حالت‌های خاص عنصر پلوتونیومه، دقیقاً برعکس بقیه رفتار می‌کنه! وقتی دماش بالاتر از دمای اتاق میره، به جای اینکه بزرگ بشه، کوچیک‌تر و جمع‌وجورتر میشه. این رفتار عجیبش سال‌هاست ذهن دانشمندا رو درگیر خودش کرده بود.
حالا یه تیم از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) تو کالیفرنیا، اومدن و یه مدل جدی حسابی براش درست کردن که هم این رفتار عجیب رو شبیه‌سازی می‌کنه و هم توضیح میده دقیقاً چرا این اتفاق میفته. این مدل بر پایه مفهوم انرژی آزاد ساخته شده. انرژی آزاد یعنی همون انرژی مفیدی که توی یک سیستم هست و میشه ازش استفاده کرد؛ خلاصه، عاملیه که مشخص می‌کنه یک ماده دقیقاً چه جوری رفتار می‌کنه.
تا حالا دانشمندا مدل‌های زیادی امتحان کرده بودن برای توضیح این قضیه، اما داستان دلتا-پلوتونیوم خیلی پیچیده‌تر از این حرفاست! پلوتونیوم بین همه فلزهای جدول تناوبی یه چیزی خاصه. ساختار الکترونیکی فوق‌العاده پیچیده‌ای داره که وابسته به چیزای مختلفیه: از جمله نسبیت (یعنی تأثیر سرعت بالای الکترون‌ها روی ساختار)، تاثیرات مغناطیسی، و چینش کریستالی اتم‌ها.
نکته باحال تو تحقیقات جدید اینه که بالاخره موفق شدن تاثیر تغییرات مغناطیسی رو هم وارد مدل کنن. منظور از مغناطیس، رفتار خاص اتم‌ها یا مولکول‌ها نسبت به میدان مغناطیسیه. حالا وقتی دما تغییر می‌کنه، این حالت‌های مغناطیسی هم دائم در حال تغییرن و روی رفتار کلی فلز تاثیر میذارن. حالا تیم LLNL این تغییرات مغناطیسی با دما رو وارد مدل کردن و دیدن نه تنها به جوابای آزمایشگاهی رسیدن، بلکه تازه کلی چیز جدید هم فهمیدن.
نویسنده اصلی مقاله، پر سودرلین، میگه انرژی آزاد کلید اصلی داستانه. تو این آزمایشگاه اصلاً یه عالمه کارشون درباره اینه که پیش‌بینی کنن بلایی که روی پلوتونیوم میاد چیه! ولی برای اینکه بتونن درست پیش‌بینی کنن، باید ساختار الکترونیکی و همین انرژی آزادش رو موشکافی کنن.
این مدل جدید که حسابی با تغییرات دمایی و مغناطیسی هماهنگه، فقط برای دلتا-پلوتونیوم نیست! میشه خیلی راحت اونو واسه فلزای دیگه مثل آهن و آلیاژهاش هم به کار برد. مثلاً در علوم زمین‌شناسی که آهن و آلیاژهاش نقشه مهمی دارن، این مدل می‌تونه کلی کمک کنه. دقت مدل هم خیلی بیشتر شده، چون همین حالت‌های مغناطیسی متغیر یا دینامیکی – که یعنی با دما و شرایط محیطی تغییر می‌کنن – توش دیده شده.
حالا تیم تحقیقاتی برنامه دارن مدل رو باز هم کامل‌ترش کنن. مثلاً می‌خوان اثر ساختارهای ریز (microstructure)، نقص‌ها (یعنی همون مشکلات و چیزی‌هایی که تو نمونه‌های واقعی وجود دارن) و کلی موارد دیگه رو واردش کنن. اینجوری مدلشون حتی نزدیک‌تر به دنیای واقعی میشه و مخصوصاً تو پیش‌بینی رفتار پلوتونیوم تو شرایط کاربردی مثلاً تو محیط‌های ویژه یا مواد حساس، خیلی دقیق میشه.
در کل، این پیشرفت می‌تونه باعث بشه هم پلوتونیوم رو راحت‌تر و ایمن‌تر تو صنایع مختلف استفاده کنن، هم طراحیا و مواد جدیدتری با خصوصیات بهتری بسازن. خلاصه، دانشمندای LLNL تونستن یک قدم بزرگ بردارن و راز یکی از عجب‌ترین و مرموزترین عناصر جدول رو تا حدود زیادی فاش کنن!
اگه بیشتر کنجکاوی، اصل مقاله رو هم می‌تونی با یه سرچ ساده پیدا کنی!
منبع: +
