Studie tání diamantů může ztrojnásobit zisk energie z jaderné fúze

Výzkumníci z Lawrence Livermore National Laboratory vyřešili dvacetiletý rozpor v chápání chování diamantu pod extrémním tlakem. Jejich zjištění by mohla ztrojnásobit energetický zisk při pokusech s jadernou fúzí a přetvořit modely nitra ledových obrů.

Překlenutí dvacetileté mezery

Studie, publikovaná ve čtvrtek v časopise Nature Physics, dokumentuje, jak diamant taje pod tlakem jednoho terapaskalu, což je zhruba třikrát více než podmínky v zemském jádru. Pomocí laserem řízené rázové komprese v Omega Laser Facility na Rochesterské univerzitě tým stlačil drobné vzorky diamantů na teploty přesahující povrch Slunce a zároveň měřil atomovou strukturu, teplotu, hustotu a optickou odrazivost.phys+1

"Podařilo se nám vzít drobné vzorky diamantů a rázově je stlačit na teploty vyšší, než je povrch Slunce, a na tlaky vyšší, než jsou v centrech Neptunu a Uranu, a přesto změřit atomovou strukturu, teplotu, hustotu a optickou odrazivost," uvedl vědec z LLNL Marius Millot, hlavní autor studie.phys

Experimenty přinesly nové měření teploty tání diamantu kolem 7 300 Kelvinů, které téměř dokonale odpovídalo simulacím založeným na kvantové mechanice, čímž se uzavřela dlouhodobá mezera zhruba 20 % mezi pozorovanými a předpovídanými teplotami tání. Práce také ukázala, že diamant pod jedním rázem zůstává ve své krystalické struktuře až do okamžiku tání, přičemž přeskakuje jakékoli přechodné fáze, což je v rozporu s dřívějšími výsledky z experimentů na stroji Z v Sandia National Laboratories.nature+2

Důsledky pro fúzní energii

Zjištění mají přímé důsledky pro inerciální fúzi v National Ignition Facility v LLNL, kde výkonné lasery pohánějí diamantové kapsle směrem dovnitř, aby stlačily fúzní palivo. Roztavení diamantu na stejnorodou kapalinu během počátečního rázu je kritické pro minimalizaci nedokonalostí imploze.phys

"Naše práce naznačuje, že bychom mohli použít o něco pomalejší počáteční rázy a přesto dosáhnout úplného roztavení diamantu při našich implozích v NIF," řekl Millot. "To je vzrušující, protože takový pomalejší ráz by učinil fúzní palivo lépe stlačitelným. To zase zvyšuje maximální energetický výtěžek, který můžeme získat při stejné energii laseru."phys

Predikce naznačují, že tyto pomalejší rázy by mohly ztrojnásobit zisk energie, pokud lze kontrolovat další degradační mechanismy.llnl+1

Diamantový déšť na ledových obrech

Výsledky také poskytují planetologům nová data pro modelování nitra Neptunu a Uranu, kde se předpokládá, že uhlík krystalizuje a padá jako "diamantový déšť". Protože experimenty zkoumaly tlaky přesahující ty uvnitř ledových obrů, poskytují data o tání silnější základ pro modely formování a vývoje planet. Tým plánuje další experimenty v NIF, aby studoval chování diamantů za ještě extrémnějších podmínek, než jakých bylo dosud dosaženo.newswise+1