ألماسة تذوب عند 7300 كلفن: دراسة من مختبر ليفرمور تغلق فجوة 20 عاماً وتشير إلى زيادة ثلاثة أضعاف في إنتاج الطاقة الاندماجية

تمكن باحثون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) من قياس كيفية انصهار الألماس تحت ضغط هائل لأول مرة بدقة تجريبية، مما يحل خلافاً استمر 20 عاماً بين المنظرين والتجريبيين. الدراسة التي نشرت في 13 أغسطس 2026 في دورية Nature Physics بقيادة ماريوس ميلو ، تستخدم موجات صدمة ناتجة عن ليزر للوصول إلى ضغوط أكبر بثلاث مرات من تلك الموجودة في قلب الأرض ودرجات حرارة أعلى من سطح الشمس . النتائج تحمل آثاراً مباشرة على الاندماج النووي بالحصر بالقصور الذاتي في مختبر الإشعال الوطني (NIF) وعلى فهمنا لبطون الكواكب، خاصة "مطر الألماس" المفترض على عمالقة الجليد مثل نبتون وأورانوس .

أربع نتائج رئيسية

1. درجة حرارة انصهار جديدة تبلغ حوالي 7300 كلفن تغلق فجوة عمرها 20 عاماً
استخدم الفريق منشأة ليزر OMEGA في جامعة روتشستر لدفع موجات صدمة عبر عينات ألماس صغيرة عند ضغوط تتراوح بين 600 جيجاباسكال و1.8 تيراباسكال، والتقطوا بيانات حيود الأشعة السينية في جزء من مليار من الثانية . نقطة الانصهار المقاسة تقارب 7300 كلفن - أقل بأكثر من 1000 كلفن من قياسات عام 2009 التي أجراها جون إيجرت وزملاؤه، وتتوافق الآن بشكل ممتاز مع المحاكاة الميكانيكية الكمومية التي لم يتمكن المنظرون من التوفيق بينها وبين التجارب لمدة عقدين .

2. تحت صدمة واحدة، يتجاوز الألماس المراحل الوسيطة ويذوب مباشرة
أظهرت بيانات الأشعة السينية أن بنية بلورة الألماس تستمر دون أن تتحول إلى طور BC8 المتوقع (هيكل كربوني عالي الضغط) قبل الانصهار. تظل شبكة الألماس سليمة حتى تتعثر ذرات الكربون فجأة في سائل غير منتظم . يعزو الفريق ذلك إلى الحبس الحركي: تحت صدمة واحدة سريعة، لا يوجد وقت كافٍ لكسر الروابط الكربونية القوية وإعادة ترتيبها إلى BC8، لذلك يذوب النظام مباشرة من بنية الألماس الصلب .

3. صدمات أولية أبطأ قد تضاعف إنتاج الطاقة الاندماجية ثلاث مرات في مختبر الإشعال الوطني (NIF)
في تجارب الاندماج بالحصر بالقصور الذاتي في مختبر الإشعال الوطني (NIF)، تحتوي كبسولات الألماس على وقود الديوتيريوم-التريتيوم. يُظهر نموذج الكربون المحسن من هذه الدراسة أن استخدام موجات صدمة أولية أبطأ قليلاً - والتي لا تزال تذيب الألماس بالكامل - يجعل وقود الاندماج أكثر قابلية للانضغاط، مما يسمح بإنتاج طاقة أعلى بنفس دافع الليزر. تشير المحاكاة إلى أن هذا قد يزيد إنتاج الطاقة الاندماجية حتى ثلاثة أضعاف، شريطة السيطرة على آليات التدهور الأخرى .

4. الألماس يطفو في مصهوره (مثل الثلج في الماء)
تحت ضغط عالٍ، تكون كثافة الألماس الصلب أقل من كثافة الكربون السائل المعدني الذي يذوب فيه، مما يعني أن الألماس الصلب يطفو على الكربون السائل - على غرار مكعبات الثلج التي تطفو في الماء . وينتج عن هذا أيضاً ميل سلبي لكلابيرون على جزء من نطاق الانصهار، حيث أن زيادة الضغط تخفض في الواقع درجة حرارة الانصهار .

الآثار على أبحاث الطاقة الاندماجية

تعمل الدراسة مباشرة على تحسين نماذج تصميم الاندماج بالحصر بالقصور الذاتي. يمكن الآن لمحاكاة انهيار NIF الحالية دمج معادلات حالة الكربون المُتحقق منها تجريبياً، مما يزيل مصدراً رئيسياً لعدم اليقين في أداء الكبسولة . الزيادة المتوقعة في إنتاج الطاقة (حتى ثلاثة أضعاف) هي دفعة محتملة للوصول إلى أنظمة اندماجية أعلى إنتاجاً في NIF، على الرغم من أن الباحثين يحذرون من أن ذلك يعتمد على التحكم في آليات تدهور الكبسولة الأخرى . كبسولات الألماس هي بالفعل في صميم التسجيلات القياسية لـ NIF - حيث مكنت كبسولة ألماس عالية الجودة NIF من تحقيق إنجاز 8.6 ميجاجول من إنتاج الطاقة الاندماجية في 7 أبريل 2025 . فهم أفضل لسلوك طور الألماس يغذي مباشرة الجيل التالي من هذه الأهداف.

الآثار على علم الكواكب

ظروف الضغط ودرجة الحرارة التي تم الوصول إليها في التجارب وثيقة الصلة ببطون عمالقة الجليد مثل أورانوس ونبتون (ضغوط تصل إلى حوالي 1.8 تيراباسكال، مماثلة لتلك الموجودة في أعماق هذه الكواكب) . اكتشاف أن الألماس يمكن أن يتعايش مع الكربون المعدني السائل ويطفو فيه يساعد في نمذجة "مطر الألماس" - هطول الألماس المُفترض منذ فترة طويلة من طبقات الكربون السائل داخل بطون عمالقة الجليد. كما أن ملاحظة استمرار الألماس بشكل مستقر تحت الانضغاط السريع تُعلمنا كيف يتصرف الكربون أثناء تكوين الكواكب والأحداث الديناميكية .