Μελέτη για την τήξη του διαμαντιού μπορεί να τριπλασιάσει την απόδοση ενέργειας σύντηξης

Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore (LLNL) έλυσαν μια διαφορά 20 ετών σχετικά με την κατανόηση της συμπεριφοράς του διαμαντιού υπό ακραία πίεση, με ευρήματα που θα μπορούσαν να τριπλασιάσουν την ενεργειακή απόδοση σε πειράματα σύντηξης και να αναδιαμορφώσουν τα μοντέλα για το εσωτερικό των παγωμένων γιγάντιων πλανητών.

Κλείνοντας ένα χάσμα δύο δεκαετιών

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε την Πέμπτη στο Nature Physics, καταγράφει πώς το διαμάντι λιώνει υπό πιέσεις ενός τεραπασκάλ, περίπου τρεις φορές μεγαλύτερες από τις συνθήκες στον πυρήνα της Γης. Χρησιμοποιώντας συμπίεση με κρουστικά κύματα που προκαλούνται από λέιζερ στην Εγκατάσταση Λέιζερ Omega του Πανεπιστημίου του Rochester, η ομάδα συμπίεσε μικροσκοπικά δείγματα διαμαντιού σε θερμοκρασίες υψηλότερες από την επιφάνεια του ήλιου, μετρώντας ταυτόχρονα την ατομική δομή, τη θερμοκρασία, την πυκνότητα και την οπτική ανακλαστικότητα.phys+1

«Καταφέραμε να πάρουμε μικροσκοπικά δείγματα διαμαντιού και να τα συμπιέσουμε με κρουστικά κύματα σε θερμοκρασίες θερμότερες από την επιφάνεια του ήλιου και σε πιέσεις υψηλότερες από τα κέντρα του Ποσειδώνα και του Ουρανού, μετρώντας παράλληλα την ατομική δομή, τη θερμοκρασία, την πυκνότητα και την οπτική ανακλαστικότητα», δήλωσε ο επιστήμονας του LLNL Marius Millot, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.phys

Τα πειράματα παρήγαγαν μια νέα μέτρηση της θερμοκρασίας τήξης του διαμαντιού κοντά στους 7.300 Kelvin, η οποία ταίριαζε σχεδόν απόλυτα με τις προσομοιώσεις που βασίζονται στην κβαντομηχανική, κλείνοντας ένα μακροχρόνιο χάσμα περίπου 20% μεταξύ των παρατηρούμενων και των προβλεπόμενων θερμοκρασιών τήξης. Η εργασία έδειξε επίσης ότι το διαμάντι υπό ένα μόνο κρουστικό κύμα διατηρεί την κρυσταλλική του δομή μέχρι να λιώσει, παρακάμπτοντας τυχόν ενδιάμεσες φάσεις, γεγονός που έρχεται σε αντίθεση με προηγούμενα αποτελέσματα από τα πειράματα της μηχανής Z των Εθνικών Εργαστηρίων Sandia.nature+2

Επιπτώσεις για την ενέργεια σύντηξης

Τα ευρήματα έχουν άμεσες συνέπειες για τη σύντηξη αδρανειακού περιορισμού στην Εθνική Εγκατάσταση Ανάφλεξης (NIF) του LLNL, όπου ισχυρά λέιζερ οδηγούν κάψουλες διαμαντιού προς τα μέσα για να συμπιέσουν το καύσιμο σύντηξης. Η τήξη του διαμαντιού σε ένα ομοιόμορφο ρευστό κατά το αρχικό κρουστικό κύμα είναι κρίσιμη για την ελαχιστοποίηση των ατελειών της κατάρρευσης.phys

«Η εργασία μας δείχνει ότι θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε ελαφρώς πιο αργά αρχικά κρουστικά κύματα και να επιτύχουμε πλήρη τήξη του διαμαντιού στις καταρρεύσεις μας στο NIF», δήλωσε ο Millot. «Αυτό είναι συναρπαστικό επειδή ένα τέτοιο πιο αργό κρουστικό κύμα θα καθιστούσε το καύσιμο σύντηξης πιο συμπιέσιμο. Αυτό με τη σειρά του αυξάνει τη μέγιστη ενεργειακή απόδοση που θα μπορούσαμε να λάβουμε με την ίδια ενέργεια λέιζερ».phys

Οι προβλέψεις υποδηλώνουν ότι αυτά τα πιο αργά κρουστικά κύματα θα μπορούσαν να τριπλασιάσουν την ενεργειακή απόδοση, υπό την προϋπόθεση ότι μπορούν να ελεγχθούν άλλοι μηχανισμοί υποβάθμισης.llnl+1

Βροχή διαμαντιών στους παγωμένους γίγαντες

Τα αποτελέσματα παρέχουν επίσης στους πλανητολόγους νέα δεδομένα για τη μοντελοποίηση του εσωτερικού του Ποσειδώνα και του Ουρανού, όπου ο άνθρακας πιστεύεται ότι κρυσταλλώνεται και πέφτει ως «βροχή διαμαντιών». Επειδή τα πειράματα διερεύνησαν πιέσεις που υπερβαίνουν εκείνες στο εσωτερικό των παγωμένων γιγάντων, τα δεδομένα τήξης παρέχουν μια ισχυρότερη βάση για τα μοντέλα σχηματισμού και εξέλιξης των πλανητών. Η ομάδα σχεδιάζει περαιτέρω πειράματα στο NIF για να μελετήσει τη συμπεριφορά του διαμαντιού υπό συνθήκες ακόμη πιο ακραίες από αυτές που έχουν επιτευχθεί μέχρι τώρα.newswise+1