Studie av diamantsmelting kan tredoble fusjonsenergi

Forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory har løst en 20 år gammel uoverensstemmelse knyttet til hvordan diamant oppfører seg under ekstremt trykk, med funn som kan tredoble energiutbyttet i fusjonseksperimenter og endre modeller for det indre av isgiganter.

Lukker et to tiår langt gap

Studien, som ble publisert torsdag i Nature Physics, dokumenterer hvordan diamant smelter under et trykk på én terapascal, omtrent tre ganger høyere enn forholdene i jordens kjerne. Ved å bruke laser-drevet sjokkkompresjon ved University of Rochester sitt Omega Laser Facility, komprimerte teamet små diamantprøver til temperaturer som overstiger solens overflate, samtidig som de målte atomstruktur, temperatur, tetthet og optisk reflektivitet.phys+1

"Vi klarte å ta små diamantprøver og sjokkkomprimere dem til temperaturer varmere enn solens overflate og til trykk høyere enn i sentrum av Neptun og Uranus, og likevel måle atomstruktur, temperatur, tetthet og optisk reflektivitet," sier LLNL-forsker Marius Millot, studiens hovedforfatter.phys

Eksperimentene ga en ny måling av diamantens smeltetemperatur på nær 7 300 Kelvin, som stemte nesten perfekt med kvantemekaniske simuleringer, og lukket et langvarig gap på omtrent 20 prosent mellom observerte og forutsagte smeltetemperaturer. Arbeidet viste også at diamant under et enkelt sjokk forblir i sin krystallinske struktur helt til den smelter, uten mellomfaser, noe som motsier tidligere resultater fra Sandia National Laboratories sine Z-maskineksperimenter.nature+2

Implikasjoner for fusjonsenergi

Funnene har direkte konsekvenser for treghetsinnesluttet fusjon ved LLNL sitt National Ignition Facility, der kraftige lasere driver diamantkapsler innover for å komprimere fusjonsdrivstoff. Å smelte diamanten til en ensartet væske under det første sjokket er avgjørende for å minimere ufullkommenheter i implosjonen.phys

"Arbeidet vårt indikerer at vi kan bruke litt langsommere innledende sjokk og fortsatt oppnå full smelting av diamanten i våre NIF-implosjoner," sier Millot. "Dette er spennende fordi et slikt langsommere sjokk ville gjøre fusjonsdrivstoffet mer komprimerbart. Det øker igjen det maksimale energiutbyttet vi kan oppnå med samme laserenergi."phys

Prognoser antyder at disse langsommere sjokkene kan tredoble energiutbyttet, forutsatt at andre degraderingsmekanismer kan kontrolleres.llnl+1

Diamantregn på isgiganter

Resultatene gir også planetforskere nye data for modellering av det indre av Neptun og Uranus, hvor karbon antas å krystallisere og falle som "diamantregn". Fordi eksperimentene undersøkte trykk som overstiger de som finnes inne i isgiganter, gir smeltedataene et sterkere grunnlag for modeller for planetdannelse og utvikling. Teamet planlegger videre eksperimenter ved NIF for å studere diamantens oppførsel under forhold som er enda mer ekstreme enn de som er oppnådd så langt.newswise+1