Un estudio sobre la fusión del diamante podría triplicar la energía de fusión

Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore han resuelto una discrepancia de 20 años sobre el comportamiento del diamante bajo presión extrema, con hallazgos que podrían triplicar la ganancia de energía en experimentos de fusión y reformar los modelos del interior de los planetas gigantes helados.

Cerrando una brecha de dos décadas

El estudio, publicado el jueves en Nature Physics, documenta cómo el diamante se funde bajo presiones de un terapascal, aproximadamente tres veces mayores que las condiciones en el núcleo de la Tierra. Utilizando compresión por choque impulsada por láser en la Omega Laser Facility de la Universidad de Rochester, el equipo comprimió pequeñas muestras de diamante a temperaturas superiores a la superficie del sol mientras medía simultáneamente la estructura atómica, la temperatura, la densidad y la reflectividad óptica.phys+1

"Pudimos tomar pequeñas muestras de diamante y comprimirlas mediante choques a temperaturas más calientes que la superficie del sol y a presiones más altas que los centros de Neptuno y Urano, y aun así medir la estructura atómica, la temperatura, la densidad y la reflectividad óptica", dijo el científico del LLNL Marius Millot, autor principal del estudio.phys

Los experimentos produjeron una nueva medición de la temperatura de fusión del diamante cercana a los 7,300 Kelvin que coincidió casi perfectamente con las simulaciones basadas en la mecánica cuántica, cerrando una brecha de larga data de aproximadamente el 20% entre las temperaturas de fusión observadas y predichas. El trabajo también mostró que el diamante bajo un solo choque permanece en su estructura cristalina hasta que se funde, saltándose cualquier fase intermedia, lo que contradice resultados anteriores de los experimentos de la máquina Z de los Laboratorios Nacionales Sandia.nature+2

Implicaciones para la energía de fusión

Los hallazgos tienen consecuencias directas para la fusión por confinamiento inercial en la National Ignition Facility del LLNL, donde potentes láseres impulsan cápsulas de diamante hacia adentro para comprimir el combustible de fusión. Fundir el diamante en un fluido uniforme durante el choque inicial es fundamental para minimizar las imperfecciones de la implosión.phys

"Nuestro trabajo indica que podríamos usar choques iniciales ligeramente más lentos y aun así lograr la fusión completa del diamante en nuestras implosiones en la NIF", dijo Millot. "Esto es emocionante porque un choque más lento haría que el combustible de fusión fuera más compresible. Eso, a su vez, aumenta el rendimiento energético máximo que podríamos obtener con la misma energía láser".phys

Las predicciones sugieren que estos choques más lentos podrían triplicar la ganancia de energía, siempre que se puedan controlar otros mecanismos de degradación.llnl+1

Lluvia de diamantes en gigantes helados

Los resultados también brindan a los científicos planetarios nuevos datos para modelar el interior de Neptuno y Urano, donde se cree que el carbono cristaliza y cae como "lluvia de diamantes". Debido a que los experimentos sondearon presiones que exceden las del interior de los gigantes helados, los datos de fusión proporcionan una base más sólida para los modelos de formación y evolución planetaria. El equipo planea más experimentos en la NIF para estudiar el comportamiento del diamante en condiciones aún más extremas que las logradas hasta ahora.newswise+1