Vědci roztavili diamant při extrémním tlaku. Průlom může ztrojnásobit výkon jaderné fúze

2. Při jediném rázu diamant přeskakuje mezifáze a taje přímo
Rentgenová data ukázala, že krystalická struktura diamantu přetrvává, aniž by se před táním přeměnila v předpokládanou fázi BC8 (vysokotlakou uhlíkovou strukturu). Mřížka diamantu zůstává neporušená, dokud se atomy uhlíku náhle nepřeskládají do neuspořádané kapaliny . Tým to připisuje kinetickému zachycení: při jediném rychlém rázu není dost času na to, aby se silné vazby uhlíku přerušily a přeskládaly do BC8, takže systém taje přímo z pevné diamantové struktury .

3. Pomalejší počáteční rázy by mohly ztrojnásobit energetický výtěžek fúze v NIF
V experimentech s inerciální fúzí (ICF) v Národním zařízení pro zapálení (NIF) drží diamantové kapsle palivo z deuteria a tritia. Zpřesněný model uhlíku z této studie ukazuje, že použití mírně pomalejších počátečních rázových vln – které diamant stále zcela roztaví – by učinilo fúzní palivo stlačitelnějším a umožnilo by dosáhnout vyšších energetických výtěžků při stejném laserovém pohonu. Simulace naznačují, že by to mohlo zvýšit energetický zisk fúze až trojnásobně, za předpokladu, že budou zvládnuty další degradační mechanismy .

4. Diamant plave ve vlastní tavenině (jako led ve vodě)
Při vysokém tlaku je pevný diamant méně hustý než kovová kapalina uhlíku, do které se taví. Pevný diamant tedy plave na kapalném uhlíku – analogicky jako kostky ledu plavou ve vodě . To také vytváří záporný Clapeyronův sklon v části rozsahu tání, kde zvyšující se tlak ve skutečnosti snižuje teplotu tání .

Důsledky pro výzkum fúzní energie

Studie přímo vylepšuje konstrukční modely ICF. Současné simulace imploze v NIF nyní mohou zahrnovat experimentálně ověřené stavové rovnice uhlíku, což odstraňuje klíčový zdroj nejistoty ve výkonnosti kapsle . Předpokládané zvýšení energetického zisku až trojnásobně je významným potenciálním přínosem pro dosažení režimů fúze s vyšším výtěžkem v NIF, i když vědci varují, že závisí na kontrole dalších mechanismů degradace kapsle . Diamantové kapsle jsou již nyní jádrem rekordních výstřelů NIF – vysoce kvalitní diamantová kapsle umožnila milník 8,6 MJ fúzního výtěžku NIF dne 7. dubna 2025 . Lepší pochopení fázového chování diamantu přímo ovlivňuje další generaci těchto terčů.

Důsledky pro planetární vědu

Tlakové a teplotní podmínky dosažené v experimentech jsou přímo relevantní pro nitra ledových obrů, jako jsou Uran a Neptun (tlaky až ~1,8 TPa, srovnatelné s podmínkami hluboko v těchto planetách) . Zjištění, že diamant může koexistovat s tekutým kovovým uhlíkem a plavat v něm, pomáhá modelovat „diamantový déšť“ – dlouho hypotetické srážení diamantu z vrstev kapalného uhlíku uvnitř ledových obrů. Pozorování, že diamant přetrvává metastabilně při rychlé kompresi, také poskytuje informace o tom, jak se uhlík chová během formování planet a dynamických událostí .