Σημαντική ανακάλυψη για τα διαμάντια μπορεί να αλλάξει το μέλλον της πυρηνικής σύντηξης

Το διαμάντι είναι το σκληρότερο ορυκτό στη φύση – όμως σε ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες μπορεί να λιώσει. Και η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο συμβαίνει αυτό ίσως αποδειχθεί σημαντική για το μέλλον της πυρηνικής σύντηξης.

Νέα έρευνα επιστημόνων του Εθνικού Εργαστηρίου Λόρενς Λίβερμορ (LLNL) στις ΗΠΑ, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Physics, κατάφερε να παρακολουθήσει τη συμπεριφορά του διαμαντιού σε συνθήκες πίεσης έως και τρεις φορές μεγαλύτερης από εκείνη που επικρατεί στον πυρήνα της Γης.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν εξαιρετικά μικρά δείγματα διαμαντιού, τα οποία συμπίεσαν απότομα μέσω ισχυρών κρουστικών κυμάτων. Με αυτόν τον τρόπο τα υπέβαλαν σε θερμοκρασίες υψηλότερες από εκείνες στην επιφάνεια του Ήλιου και σε πιέσεις μεγαλύτερες από όσες συναντώνται στο εσωτερικό του Ποσειδώνα και του Ουρανού, αναφέρει το Interesting Engineering.

Παρά τις ακραίες συνθήκες, κατάφεραν να μετρήσουν την ατομική δομή του υλικού, τη θερμοκρασία και την πυκνότητά του, καθώς και τον τρόπο με τον οποίο αντανακλούσε το φως.

Η θερμοκρασία τήξης του διαμαντιού

Η μελέτη λύνει ένα πρόβλημα που απασχολούσε τους επιστήμονες εδώ και περίπου δύο δεκαετίες. Προηγούμενα πειράματα είχαν δείξει ότι, όταν το διαμάντι λιώνει υπό πολύ υψηλή πίεση, το υγρό που σχηματίζεται είναι πυκνότερο από το στερεό διαμάντι. Πρόκειται για σχετικά ασυνήθιστη συμπεριφορά, παρόμοια όμως με εκείνη του νερού: ο υγρός άνθρακας θα ήταν πυκνότερος από το διαμάντι, όπως το υγρό νερό είναι πυκνότερο από τον πάγο.

Ωστόσο, υπήρχε μια σημαντική διαφορά ανάμεσα στα πειράματα και στις θεωρητικές προβλέψεις. Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις έδιναν θερμοκρασία τήξης του διαμαντιού περίπου 20% διαφορετική από εκείνη που καταγραφόταν στο εργαστήριο.

Τα νέα αποτελέσματα φαίνεται ότι γεφυρώνουν αυτό το χάσμα. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η κρυσταλλική δομή του διαμαντιού διατηρείται σε πιέσεις έως περίπου ένα τεραπασκάλ, ενώ βρήκαν ενδείξεις ότι υπό κρουστική συμπίεση το υλικό λιώνει σε θερμοκρασίες κοντά στους 7.300 Κέλβιν – σχεδόν 7.000 βαθμούς Κελσίου. Μάλιστα, η θερμοκρασία τήξης φαίνεται να μειώνεται ελαφρά όσο αυξάνεται η πίεση.

Τι σημαίνει αυτό για την πυρηνική σύντηξη

Τα ευρήματα έχουν ιδιαίτερη σημασία για την αδρανειακή σύντηξη, μια τεχνική στην οποία ισχυρά λέιζερ συμπιέζουν μικροσκοπικές κάψουλες καυσίμου ώστε να επιτευχθούν οι συνθήκες που απαιτούνται για πυρηνική σύντηξη. Σε ορισμένα πειράματα οι κάψουλες αυτές κατασκευάζονται από διαμάντι.

Σύμφωνα με το LLNL, η ακριβέστερη γνώση της συμπεριφοράς του υλικού θα μπορούσε να βοηθήσει στον καλύτερο σχεδιασμό των πειραμάτων και, θεωρητικά, να οδηγήσει ακόμη και σε τριπλασιασμό της ενεργειακής απόδοσης.

Παράλληλα, η έρευνα μπορεί να βελτιώσει τα μοντέλα για το εσωτερικό του Ουρανού και του Ποσειδώνα, όπου οι επιστήμονες εκτιμούν ότι στις τεράστιες πιέσεις του εσωτερικού τους ο άνθρακας μπορεί να σχηματίζει διαμάντια που «βρέχουν» προς βαθύτερα στρώματα των πλανητών.