Deimantų lydymosi tyrimas gali patrigubinti branduolių sintezės energijos išeigą

Lawrence Livermore nacionalinės laboratorijos mokslininkai išsprendė 20 metų trukusią mįslę apie tai, kaip deimantai elgiasi esant ekstremaliam slėgiui. Šios išvados gali patrigubinti energijos išeigą branduolių sintezės eksperimentuose ir pakeisti ledo milžinių planetų gelmių modelius.

Dvidešimties metų spragos užpildymas

Ketvirtadienį žurnale Nature Physics paskelbtame tyrime aprašoma, kaip deimantas lydosi esant vieno terapaskalio slėgiui, kuris yra maždaug tris kartus didesnis nei Žemės branduolyje. Naudodami lazeriu varomą smūginį suspaudimą Ročesterio universiteto Omega lazerių centre, komanda suspaudė mažyčius deimantų mėginius iki temperatūros, viršijančios Saulės paviršiaus temperatūrą, kartu matuodami atominę struktūrą, temperatūrą, tankį ir optinį atspindį.phys+1

"Mes sugebėjome paimti mažyčius deimantų mėginius ir smūgiu suspausti juos iki temperatūros, karštesnės už Saulės paviršių, ir iki slėgio, didesnio nei Neptūno ir Urano centruose, ir vis tiek išmatuoti atominę struktūrą, temperatūrą, tankį bei optinį atspindį", – sakė LLNL mokslininkas Marius Millot, pagrindinis tyrimo autorius.phys

Eksperimentų metu gautas naujas deimanto lydymosi temperatūros matavimas – apie 7 300 Kelvinų, kuris beveik idealiai atitiko kvantine mechanika pagrįstus modeliavimus, panaikinant maždaug 20% neatitikimą tarp stebėtų ir prognozuotų lydymosi temperatūrų. Darbas taip pat parodė, kad deimantas po vieno smūgio išlaiko savo kristalinę struktūrą iki pat lydymosi momento, praleisdamas bet kokias tarpines fazes, o tai prieštarauja ankstesniems Sandia nacionalinių laboratorijų Z mašinos eksperimentų rezultatams.nature+2

Poveikis branduolių sintezės energijai

Šios išvados turi tiesioginių pasekmių inercinio suvaržymo branduolių sintezei LLNL National Ignition Facility, kur galingi lazeriai nukreipia deimantines kapsules į vidų, kad suspaustų sintezės kurą. Deimanto išlydymas į vienalytį skystį pradinio smūgio metu yra labai svarbus norint sumažinti implozijos netobulumus.phys

"Mūsų darbas rodo, kad galėtume naudoti šiek tiek lėtesnius pradinius smūgius ir vis tiek pasiekti visišką deimanto išsilydymą mūsų NIF implozijose", – sakė M. Millot. "Tai džiugina, nes toks lėtesnis smūgis padarytų sintezės kurą geriau suspaudžiamą. Tai savo ruožtu padidina maksimalią energijos išeigą, kurią galime gauti su ta pačia lazerio energija."phys

Prognozės rodo, kad šie lėtesni smūgiai galėtų patrigubinti energijos išeigą, jei pavyktų suvaldyti kitus degradacijos mechanizmus.llnl+1

Deimantų lietus ledo milžinėse

Rezultatai taip pat suteikia planetologams naujų duomenų modeliuojant Neptūno ir Urano gelmes, kur, manoma, anglis kristalizuojasi ir krenta kaip "deimantų lietus". Kadangi eksperimentų metu buvo tiriamas slėgis, viršijantis ledo milžinių viduje esantį slėgį, lydymosi duomenys suteikia tvirtesnį pagrindą planetų formavimosi ir evoliucijos modeliams. Komanda planuoja tolesnius eksperimentus NIF, kad ištirtų deimantų elgseną dar ekstremalesnėmis sąlygomis nei pasiektos iki šiol.newswise+1