Timantin sulamista koskeva tutkimus voi kolminkertaistaa fuusioenergian tuoton

Lawrence Livermore National Laboratoryn tutkijat ovat ratkaisseet 20 vuotta kestäneen ristiriidan timantin käyttäytymisestä äärimmäisessä paineessa. Löydökset voivat kolminkertaistaa fuusiokokeiden energiantuoton ja muuttaa käsityksiä jääjättiläisplaneettojen sisäosista.

Kahden vuosikymmenen aukon umpeenkurominen

Torstaina Nature Physics -lehdessä julkaistu tutkimus dokumentoi, kuinka timantti sulaa yhden terapascalin paineessa, mikä on noin kolme kertaa enemmän kuin Maan ytimessä. Käyttämällä laserohjattua iskupuristusta Rochesterin yliopiston Omega Laser Facilityssa, tiimi puristi pieniä timanttinäytteitä auringon pintaa kuumempiin lämpötiloihin mitaten samalla atomirakennetta, lämpötilaa, tiheyttä ja optista heijastavuutta.phys+1

"Pystyimme ottamaan pieniä timanttinäytteitä ja puristamaan ne iskuilla lämpötiloihin, jotka olivat kuumempia kuin auringon pinta, ja paineisiin, jotka olivat korkeampia kuin Neptunuksen ja Uranuksen keskuksissa, ja silti mittaamaan atomirakenteen, lämpötilan, tiheyden ja optisen heijastavuuden", sanoi LLNL:n tutkija Marius Millot, tutkimuksen pääkirjoittaja.phys

Kokeet tuottivat uuden mittauksen timantin sulamislämpötilasta, noin 7 300 Kelviniä, mikä vastasi lähes täydellisesti kvanttimekaniikkaan perustuvia simulaatioita ja sulki noin 20 prosentin pitkäaikaisen eron havaittujen ja ennustettujen sulamislämpötilojen välillä. Työ osoitti myös, että timantti pysyy yhden iskun alla kiderakenteessaan aina sulamiseensa asti, ohittaen kaikki välivaiheet, mikä on ristiriidassa Sandia National Laboratoriesin Z-koneen kokeiden aiempien tulosten kanssa.nature+2

Vaikutukset fuusioenergiaan

Löydöksillä on suoria seurauksia LLNL:n National Ignition Facilityn inertiakonfinenttifuusiolle, jossa tehokkaat laserit ajavat timanttikapseleita sisäänpäin fuusiopolttoaineen puristamiseksi. Timantin sulattaminen tasaiseksi nesteeksi alkuiskun aikana on kriittistä imploosion epätäydellisyyksien minimoimiseksi.phys

"Työmme osoittaa, että voisimme käyttää hieman hitaampia alkuiskuja ja silti saavuttaa timantin täydellisen sulamisen NIF-imploosioissamme", Millot sanoi. "Tämä on jännittävää, koska tällainen hitaampi isku tekisi fuusiopolttoaineesta puristuvampaa. Se puolestaan lisää maksimienergiantuottoa, jonka voisimme saada samalla lasermäärällä."phys

Ennusteiden mukaan nämä hitaammat iskut voisivat kolminkertaistaa energiantuoton, edellyttäen että muita heikkenemismekanismeja voidaan hallita.llnl+1

Timanttisadetta jääjättiläisillä

Tulokset antavat planeettatutkijoille myös uutta tietoa Neptunuksen ja Uranuksen sisäosien mallintamiseen, missä hiilen uskotaan kiteytyvän ja satavan alas "timanttisateena". Koska kokeissa tutkittiin paineita, jotka ylittävät jääjättiläisten sisäiset paineet, sulamistiedot tarjoavat vahvemman pohjan planeettojen muodostumis- ja kehitysmalleille. Tiimi suunnittelee jatkokokeita NIF:ssä tutkiakseen timantin käyttäytymistä vieläkin äärimmäisemmissä olosuhteissa kuin tähän mennessä on saavutettu.newswise+1