Diamant smelter ved 7.300 Kelvin: LLNL-studie løser 20 år lang gåde og peger på tredobbelt fusionsenergiudbytte

2. Under ét enkelt stød springer diamant over mellemliggende faser og smelter direkte

Røntgendataene viste, at diamantens krystalstruktur bevares uden at omdannes til den forudsagte BC8-fase (en højtrykskulstofstruktur) før smeltning. Diamantgitteret forbliver intakt, indtil kulstofatomerne brat tumler ud i en uordnet væske . Holdet tilskriver fænomenet kinetisk indfangning: under ét enkelt, hurtigt stød er der ikke tid nok til, at de stærke kulstofbindinger brydes og omarrangeres til BC8, så systemet smelter direkte fra den faste diamantstruktur .

3. Langsommere indledende stød kan tredoble fusionsenergiudbyttet ved NIF

I inertifusionsforsøg (ICF) ved National Ignition Facility bruges diamantkapsler til at holde deuterium-tritium-brændsel. Den raffinerede kulstofmodel fra dette studie viser, at brug af lidt langsommere indledende stødbølger – som stadig fuldstændig smelter diamanten – gør fusionsbrændslet mere komprimerbart og muliggør højere energiudbytte med samme laserdrive. Simuleringer peger på, at fusionsenergiudbyttet kan øges op til tre gange, forudsat at andre nedbrydningsmekanismer kontrolleres .

4. Diamant flyder i sin egen smelte (som is i vand)

Ved højt tryk er fast diamant mindre tæt end den metalliske flydende kulstof, den smelter til, hvilket betyder, at fast diamant flyder oven på flydende kulstof – analogt med isterninger, der flyder i vand . Dette giver også en negativ Clapeyron-hældning over en del af smelteområdet, hvor stigende tryk faktisk sænker smeltetemperaturen .

Betydning for fusionsenergiforskning

Studiet forbedrer direkte ICF-designmodeller. NIF's nuværende implosionssimuleringer kan nu inkorporere eksperimentelt validerede kulstoftilstandsligninger, hvilket fjerner en central kilde til usikkerhed i kapslens ydelse . Den forudsagte tredobling af energiudbyttet er et markant potentiale for at nå højere fusionsregimer ved NIF, selvom forskerne understreger, at det afhænger af at kontrollere andre nedbrydningsmekanismer i kapslen . Diamantkapsler er allerede i centrum af NIF's rekordskud – en højkvalitets diamantkapsel muliggjorde NIF's 8,6 MJ fusionsenergimilepæl den 7. april 2025 . Bedre forståelse af diamantens faseadfærd påvirker direkte næste generation af disse mål.

Betydning for planetarisk videnskab

Tryk- og temperaturforholdene, der blev nået i forsøgene, er direkte relevante for isgiganternes indre som Uranus og Neptun (tryk op til ca. 1,8 TPa, sammenligneligt med dybderne inde i disse planeter) . Fundet, at diamant kan eksistere side om side med og flyde i flydende metallisk kulstof, hjælper med at modellere 'diamantregn' – den længe hypotetiske udfældning af diamant fra flydende kulstoflag i isgiganternes indre. Observationen af, at diamant vedvarer metastabilt under hurtig kompression, giver også viden om, hvordan kulstof opfører sig under planetarisk dannelse og dynamiske begivenheder .