Diamante si scioglie a 7.300 Kelvin: lo studio LLNL risolve un enigma ventennale e apre la strada a un guadagno di fusione triplo

2. Sotto un singolo shock, il diamante salta le fasi intermedie e si scioglie direttamente

I dati di diffrazione hanno mostrato che la struttura cristallina del diamante persiste senza trasformarsi nella prevista fase BC8 (una struttura di carbonio ad alta pressione) prima di fondere. Il reticolo del diamante rimane intatto fino a quando gli atomi di carbonio precipitano bruscamente in un liquido disordinato . Il team attribuisce questo fenomeno a un "intrappolamento cinetico": sotto un singolo shock rapido, non c'è tempo sufficiente perché i forti legami di carbonio si rompano e si riorganizzino in BC8, quindi il sistema fonde direttamente dalla struttura solida del diamante .

3. Shock iniziali più lenti potrebbero triplicare il guadagno di fusione al NIF

Negli esperimenti di fusione a confinamento inerziale (ICF) al National Ignition Facility, capsule di diamante contengono il combustibile di deuterio-trizio. Il modello raffinato del carbonio da questo studio mostra che l'uso di onde d'urto iniziali leggermente più lente — che comunque fondono completamente il diamante — renderebbe il combustibile di fusione più comprimibile, consentendo rese energetiche più elevate con la stessa potenza laser. Le simulazioni indicano che ciò potrebbe aumentare il guadagno di fusione fino a tre volte, a condizione che altri meccanismi di degradazione siano controllati .

4. Il diamante galleggia nel suo stesso fuso (come il ghiaccio nell'acqua)

Ad alta pressione, il diamante solido è meno denso del carbonio liquido metallico in cui si scioglie, il che significa che il diamante solido galleggia sul carbonio liquido — analogamente ai cubetti di ghiaccio che galleggiano nell'acqua . Ciò produce anche una pendenza di Clapeyron negativa su parte dell'intervallo di fusione, dove l'aumento della pressione abbassa effettivamente la temperatura di fusione .

Implicazioni per la ricerca sulla fusione

Lo studio migliora direttamente i modelli di progettazione ICF. Le attuali simulazioni di implosione del NIF possono ora incorporare equazioni di stato del carbonio convalidate sperimentalmente, rimuovendo una fonte chiave di incertezza nelle prestazioni delle capsule . L'aumento del guadagno di energia previsto (fino a 3×) è un potenziale significativo per raggiungere regimi di fusione a più alta resa al NIF, anche se i ricercatori avvertono che dipende dal controllo di altri meccanismi di degradazione delle capsule . Le capsule di diamante sono già al centro dei record del NIF — una capsula di diamante di alta qualità ha permesso il traguardo di 8,6 MJ di resa di fusione del NIF il 7 aprile 2025 . Una migliore comprensione del comportamento di fase del diamante informa direttamente la prossima generazione di questi bersagli.

Implicazioni per la scienza planetaria

Le condizioni di pressione e temperatura raggiunte negli esperimenti sono direttamente rilevanti per gli interni dei giganti di ghiaccio come Urano e Nettuno (pressioni fino a ~1,8 TPa, paragonabili a quelle nelle profondità di questi pianeti) . La scoperta che il diamante può coesistere e galleggiare nel carbonio liquido metallico aiuta a modellare la "pioggia di diamanti" — la precipitazione a lungo ipotizzata di diamante da strati di carbonio liquido all'interno dei giganti di ghiaccio. L'osservazione che il diamante persiste metastabilmente sotto compressione rapida informa anche su come il carbonio si comporta durante la formazione planetaria e gli eventi dinamici .