Nieuw smeltonderzoek aan diamant kan kernfusie-opbrengst verdrievoudigen en geeft inzicht in Uranus en Neptunus

Waarom nauwkeurigheid ertoe doet voor inertiële opsluitingsfusie

Bij de National Ignition Facility (NIF) wordt diamant gebruikt als de ablator-schaal die de fusiebrandstof omsluit tijdens implosies . Het smeltgedrag en de toestandsvergelijking die bepalen hoe de capsule reageert op extreme druk en hitte, zijn cruciaal voor efficiënte compressie.

Door de gecorrigeerde smeltgegevens toe te passen, denken onderzoekers de "energieopbrengst te kunnen verdrievoudigen" van NIF's fusie-implosies door efficiëntere compressie en een beter capsuleontwerp . Dat is een belangrijke stap richting het doel van inertiële opsluitingsfusie als levensvatbare energiebron.

Wat het betekent voor Uranus en Neptunus

De experimenten bereikten drukken en temperaturen die hoger zijn dan die in het binnenste van ijsreuzen, en leverden het eerste directe bewijs dat kristallijn diamant stabiel kan blijven diep in Uranus en Neptunus . De gegevens tonen aan dat diamant onder die omstandigheden smelt tot een dichtere, metallische vloeistof, wat direct modellen informeert van planeetstructuur, thermische evolutie en zelfs de precipitatie van diamanten "regen" in deze werelden .

Dit bouwt voort op eerdere schokcompressiestudies die al hadden gesuggereerd dat diamant stabiel kon zijn diep in reuzenplaneten, en toont aan dat de smeltcurve een negatieve Clapeyron-helling heeft bij ultrahoge drukken – diamant wordt dichter naarmate het smelt, het tegenovergestelde van wat er met ijs aan het aardoppervlak gebeurt .

Een zeldzame overeenstemming tussen theorie en experiment

Discrepanties tussen experimentele en computationele resultaten komen vaak voor in hogedrukfysica, maar ze worden zelden zo netjes opgelost als hier. De combinatie van verbeterde diagnostiek en röntgendiffractie stelde het LLNL-team in staat te meten wat eerdere experimenten niet konden, en het resultaat kwam overeen met de theorie binnen de foutmarge .

De bevindingen kunnen ook bredere betekenis hebben voor koolstoffasegedrag: diamant is de stabiele allotroop van koolstof bij drukken tot 1 terapascal, maar boven die drempel voorspellen berekeningen de vorming van een kubisch ruimtelijk gecentreerde structuur (BC8), en bij drukken boven 3 TPa wordt een eenvoudige kubische structuur verwacht . Dit nieuwe begrip van de smeltcurve van diamant zal het koolstoffasediagram verfijnen bij de extreme omstandigheden waar deze andere fasen kunnen verschijnen.