Diamante se funde a 7,300 Kelvin: Estudio del LLNL cierra una brecha de 20 años y apunta a triplicar la ganancia de energía de fusión

2. Bajo un solo choque, el diamante se salta las fases intermedias y se funde directamente

Los datos de rayos X mostraron que la estructura cristalina del diamante persiste sin transformarse en la fase BC8 (una estructura de carbono de alta presión) antes de fundirse. La red de diamante permanece intacta hasta que los átomos de carbono caen abruptamente en un líquido desordenado . El equipo atribuye esto a un atrapamiento cinético: bajo un solo choque rápido, no hay tiempo suficiente para que los fuertes enlaces de carbono se rompan y se reorganicen en BC8, por lo que el sistema se funde directamente desde la estructura sólida del diamante .

3. Choques iniciales más lentos podrían triplicar la ganancia de energía de fusión en el NIF

En los experimentos de fusión por confinamiento inercial (ICF) del NIF, cápsulas de diamante contienen el combustible de deuterio-tritio. El modelo de carbono refinado de este estudio muestra que usar ondas de choque iniciales ligeramente más lentas — que aún funden completamente el diamante — haría que el combustible de fusión fuera más compresible, permitiendo mayores rendimientos energéticos con el mismo impulso láser. Las simulaciones indican que esto podría aumentar la ganancia de energía de fusión hasta tres veces, siempre que se controlen otros mecanismos de degradación .

4. El diamante flota en su propio fundido (como el hielo en el agua)

A alta presión, el diamante sólido es menos denso que el carbono líquido metálico en el que se funde, lo que significa que el diamante sólido flota sobre el carbono líquido — análogo a cubos de hielo flotando en agua . Esto también produce una pendiente de Clapeyron negativa en parte del rango de fusión, donde el aumento de presión disminuye la temperatura de fusión .

Implicaciones para la investigación en energía de fusión

El estudio mejora directamente los modelos de diseño del ICF. Las simulaciones de implosión actuales del NIF pueden incorporar ahora ecuaciones de estado del carbono validadas experimentalmente, eliminando una fuente clave de incertidumbre en el rendimiento de las cápsulas . El aumento potencial de ganancia energética de hasta tres veces es un impulso significativo para alcanzar regímenes de fusión de mayor rendimiento en el NIF, aunque los investigadores advierten que depende del control de otros mecanismos de degradación de las cápsulas . Las cápsulas de diamante ya están en el centro de los disparos récord del NIF: una cápsula de diamante de alta calidad permitió el hito de 8.6 MJ de rendimiento de fusión del NIF el 7 de abril de 2025 . Una mejor comprensión del comportamiento de fase del diamante informa directamente la próxima generación de estos blancos.

Implicaciones para la ciencia planetaria

Las condiciones de presión y temperatura alcanzadas en los experimentos son directamente relevantes para el interior de gigantes de hielo como Urano y Neptuno (presiones de hasta ~1.8 TPa, comparables a las que se encuentran en las profundidades de estos planetas) . El hallazgo de que el diamante puede coexistir con carbono líquido metálico y flotar en él ayuda a modelar la "lluvia de diamantes" — la precipitación hipotetizada desde hace tiempo de diamante a partir de capas de carbono líquido dentro del interior de los gigantes de hielo. La observación de que el diamante persiste de forma metaestable bajo compresión rápida también informa cómo se comporta el carbono durante la formación planetaria y eventos dinámicos .