Диамант под налягане разкрива тайни за термоядрения синтез и ледените гиганти

Нощ на учените 2026 · онлайн

Дигитални ресурси

Всички ресурси
Броеве за четене онлайнСпецброеве за изкуствения интелект и за атома, брой 200 на „Българска наука“ и вестник „Homo Sciens“.Разгледай броевете 17 нови филма за български учениОт Стамен Григоров и бактерията на киселото мляко до генетика Дончо Костов.Гледай видеата 30 години „Мария Склодовска-Кюри“ на една картаВсички проекти по програмата от 1996 до 2026 г. – и кой с кого работи.Отвори картата Архив от минали НощиФилми, лекции и броеве от Нощите на учените 2019–2023.Към архива

 

Диамантът е известен като скъпоценен камък и като един от най-твърдите материали. Но за физиците той е и прозорец към две почти недостъпни среди: вътрешността на ледените гиганти Нептун и Уран и миниатюрните горивни мишени в експериментите с инерциален термоядрен синтез. И в двата случая въглеродът попада под огромно налягане, при което обичайните ни представи за твърдо и течно вещество започват да се променят.

Екип от Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“ (LLNL) е проследил как микрокристален диамант се държи при ударно свиване до около един терапаскал — приблизително десет милиона пъти атмосферното налягане. Това е по-високо от налягането в центъра на Нептун и Уран и около три пъти над това в земното ядро. Резултатите са публикувани в списание Nature Physics.

Изследването решава спор, продължил близо две десетилетия. По-стари експерименти сочеха температура на топене, която се разминаваше с квантовомеханичните симулации с около 20%. Други данни допускаха, че преди да се стопи, диамантът преминава в различна кристална форма, известна като BC8. Новите измервания показват друго: при използвания единичен удар материалът запазва диамантената си структура чак до стопяването, без наблюдаема междинна фаза.

За да създадат тези условия, учените използвали мощни лазери в лабораторията OMEGA към Университета на Рочестър. Лазерният импулс изпарява външния слой на миниатюрната мишена и така изпраща през нея силна ударна вълна. Екстремното състояние трае едва няколко наносекунди — милиардни части от секундата. За този кратък миг екипът успял едновременно да измери скоростта на ударната вълна, температурата, оптичната отражателна способност и подредбата на атомите.

Особено важна е рентгеновата дифракция. Когато рентгенови лъчи преминават през кристал, атомната решетка ги разсейва по характерен начин. Така учените могат да разберат дали въглеродните атоми още са подредени като диамант или вече са преминали в течност. Сигналът е слаб, защото въглеродът е лек елемент, но усъвършенстваната диагностика позволила за първи път структурата на ударно свития диамант да бъде наблюдавана чак до самото топене.

Новите данни поставят топенето близо до 7300 келвина и съвпадат много по-добре с теоретичните изчисления. Те потвърждават и един необичаен резултат от ранните опити: при тези налягания течният въглерод е по-плътен от твърдия диамант. Аналогията е с леда, който плава върху вода, защото течната вода е по-плътна. При екстремни условия диамантени кристали биха могли по подобен начин да „плават“ в течен въглерод.

Практическата връзка е с инерциалния термоядрен синтез. В Националното съоръжение за запалване на LLNL мощни лазери свиват капсула, съдържаща термоядрено гориво. Част от тези капсули са направени от диамант. Началната ударна вълна трябва да стопи обвивката равномерно; неравностите пречат на симетричното свиване и намаляват отделената енергия. Досега инженерите са използвали по-силен първи удар, за да са сигурни, че диамантът е напълно стопен.

Според новите измервания може да е достатъчен малко по-слаб начален удар. Това би запазило горивото по-свиваемо и според моделите би могло да повиши енергийния добив до три пъти при същата лазерна енергия. Това обаче е прогнозен сценарий, а не вече постигнат резултат: други механизми, които влошават имплозията, трябва също да бъдат овладени.

Планетарната връзка е също толкова любопитна. Модели на Нептун и Уран предполагат, че дълбоко под облаците им въглеродът може да кристализира като диамант и да потъва — своеобразен „диамантен дъжд“. Лабораторният експеримент дава по-надеждна граница между твърдата и течната фаза на въглерода, необходима за моделирането на вътрешността и еволюцията на тези планети.

Изследването показва и още нещо важно: поведението на материала зависи не само от достигнатите налягане и температура, но и от начина и времето, за които те са приложени. При единичен наносекунден удар атомите може просто да нямат време да се пренаредят в по-стабилна междинна фаза. Следващите опити ще проверяват как диамантът реагира на поредица от ударни вълни — условия, по-близки до реална термоядрена имплозия.

 

Източници

Живейте по-добре с наука!

  • Развийте критично мислене и изградете защита срещу дезинформация.

  • Придобийте ключови умения за по-добър живот с нашите курсове във формат текст, видео и аудио.

  • Открийте новостите и иновациите в медицината.

  • Само 3 минути дневно са достатъчни, за да трансформирате живота си!

  • Всеки месец ви очаква нов брой с увлекателни статии по биология, космос, технологии, история, медицина и много други.

Изживейте науката навсякъде и по всяко време, като я четете на най-удобното за вас устройство.

 
Годишен абонамент
ВИЖ ПОВЕЧЕ
  • Безкрайно знание - списание, видеа, аудио, книги и т.н.
  • Достъп от всякъде
  • Социална мрежа за знание с хора като вас.

Създадохме платформа, която предлага курсове и ръководства, насочени към решаването на житейски предизвикателства чрез научно обосновани методи. Тя не само подпомага личностното развитие, но и предоставя ценни знания за водене на по-здравословен, успешен и пълноценен живот. Благодарение на научния подход, потребителите ще имат възможност да подобрят своето благосъстояние и да постигнат по-високо качество на живот.

БГ Наука
Powered by  GDPR Cookie Compliance (opens in a new tab)
Правила на поверителност

Използваме „бисквитки“, за да персонализираме съдържанието и рекламите, да предоставяме функции на социални медии и да анализираме трафика си. Също така споделяме информация за начина, по който използвате сайта ни, с партньорските си социални медии, рекламните си партньори и партньори за анализ.

Можете да коригирате всички настройки на „бисквитките“, като отворите разделите вляво.