Νέα πειράματα του Lawrence Livermore National Laboratory αποκαλύπτουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς συμπεριφέρεται το διαμάντι σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες.
Τα αποτελέσματα μπορούν να βοηθήσουν τόσο στην ανάπτυξη της ενέργειας σύντηξης όσο και στην κατανόηση των εσωτερικών των πλανητών Ουρανού και Ποσειδώνα.
Οι ερευνητές συμπίεσαν μικροσκοπικά δείγματα διαμαντιού σε πιέσεις περίπου 1 terapaskal, δηλαδή πολλαπλάσιες από εκείνες στον πυρήνα της Γης και σε θερμοκρασίες υψηλότερες από την επιφάνεια του Ήλιου.
Το μυστήριο του λιωμένου διαμαντιού
Πριν από περίπου δύο δεκαετίες, πειράματα του LLNL έδειξαν κάτι ιδιαίτερα ασυνήθιστο: το υγρό άνθρακα που προκύπτει από το λιώσιμο του διαμαντιού μπορεί να είναι πυκνότερο από το στερεό υλικό.
Αυτό σημαίνει ότι, υπό ακραίες πιέσεις, το διαμάντι θα μπορούσε να επιπλέει μέσα σε υγρό άνθρακα, όπως ένας κύβος πάγου επιπλέει στο νερό.
Ωστόσο, υπήρχε ένα μεγάλο πρόβλημα. Οι πειραματικές μετρήσεις της θερμοκρασίας τήξης απείχαν περίπου 20% από τις προβλέψεις των θεωρητικών μοντέλων.
Οι ακτίνες Χ έδωσαν την απάντηση
Για να λύσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την εγκατάσταση Omega Laser Facility στο Laboratory for Laser Energetics του Πανεπιστημίου του Ρότσεστερ. Ισχυροί παλμοί λέιζερ δημιούργησαν κρουστικά κύματα που συμπίεσαν το διαμάντι για περίπου ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου.
Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες κατάφεραν να παρακολουθήσουν με περίθλαση ακτίνων Χ την ατομική δομή του διαμαντιού μέχρι τη στιγμή της τήξης.
Οι νέες μετρήσεις συμφώνησαν σχεδόν απόλυτα με τις κβαντομηχανικές προσομοιώσεις, κλείνοντας ένα κενό που παρέμενε για περίπου 20 χρόνια.
Παράλληλα, τα πειράματα έδειξαν ότι το διαμάντι δεν περνά υποχρεωτικά από μια ενδιάμεση κρυσταλλική φάση. Σε συνθήκες ενός μόνο ισχυρού κρουστικού κύματος, η δομή του μπορεί να παραμείνει «παγιδευμένη» μέχρι να λιώσει.
Τι σημαίνει για τη σύντηξη
Το εύρημα έχει άμεση σημασία για τα πειράματα αδρανειακής σύντηξης στο National Ignition Facility. Εκεί, μια μικροσκοπική κάψουλα από διαμάντι περιβάλλει το καύσιμο σύντηξης και συμπιέζεται από ισχυρούς παλμούς λέιζερ.
Η πλήρης και ομοιόμορφη τήξη του διαμαντιού κατά το αρχικό στάδιο της συμπίεσης μπορεί να περιορίσει τις ατέλειες που μειώνουν την απόδοση της αντίδρασης.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι πιο αργά αρχικά κρουστικά κύματα θα μπορούσαν να κάνουν το καύσιμο πιο συμπιέσιμο και, υπό την προϋπόθεση ότι θα περιοριστούν άλλοι μηχανισμοί απωλειών, να αυξήσουν έως και τρεις φορές το ενεργειακό κέρδος.
Το «διαμαντένιο χιόνι» των παγωμένων γιγάντων
Τα αποτελέσματα έχουν ενδιαφέρον και για την πλανητική επιστήμη. Στα βαθιά εσωτερικά του Ουρανού και του Ποσειδώνα επικρατούν πιέσεις και θερμοκρασίες στις οποίες ο άνθρακας μπορεί να κρυσταλλώνεται και να σχηματίζει διαμάντια.
Τα διαμάντια αυτά ενδέχεται στη συνέχεια να βυθίζονται προς το εσωτερικό, δημιουργώντας το περίφημο «διαμαντένιο χιόνι».
Επειδή τα νέα πειράματα έφτασαν σε πιέσεις ακόμη υψηλότερες από εκείνες που επικρατούν στους παγωμένους γίγαντες, προσφέρουν νέα δεδομένα για την εξέλιξη και τη δομή αυτών των πλανητών.
