Diamant smelter ved 7 300 Kelvin: LLNL-studie løser 20 år gammel gåte og kan tredoble fusjonsenergien

2. Under ett enkelt sjokk hopper diamant over mellomfaser og smelter direkte

Røntgendataene viste at diamantens krystallstruktur forblir intakt uten å gå over i den forutsagte BC8-fasen (en karbonstruktur under høyt trykk) før den smelter. Diamantgitteret forblir stabilt inntil karbonatomene brått faller inn i en uordnet væske . Teamet tilskriver dette kinetisk fangst: under et enkelt, raskt sjokk er det ikke nok tid for de sterke karbonbindingene til å brytes og omorganiseres til BC8, så systemet smelter direkte fra fast diamant .

3. Langsommere sjokkbølger kan tredoble fusjonsenergien ved NIF

I treghetsfusjonseksperimenter ved National Ignition Facility (NIF) brukes diamantkapsler til å holde deuterium-tritium-brensel. Den raffinerte karbonmodellen fra denne studien viser at bruk av litt langsommere sjokkbølger – som fortsatt smelter diamanten fullstendig – gjør fusjonsbrenselet mer komprimerbart, noe som gir høyere energiutbytte med samme laserdrive. Simuleringer indikerer at dette kan øke fusjonsenergiutbyttet opptil tre ganger, forutsatt at andre nedbrytningsmekanismer kontrolleres .

4. Diamant flyter i sin egen smelte (som is i vann)

Under høyt trykk er fast diamant mindre tett enn den metalliske flytende karbonen den smelter til, noe som betyr at fast diamant flyter på flytende karbon – analogt med isbiter som flyter i vann . Dette gir også en negativ Clapeyron-heling over deler av smelteområdet, der økende trykk faktisk senker smeltepunktet .

Betydning for fusjonsenergiforskning

Studien forbedrer direkte ICF-designmodellene. NIFs nåværende implosjonssimuleringer kan nå inkludere eksperimentelt validerte karbon-tilstandsligninger, noe som fjerner en viktig kilde til usikkerhet i kapselens ytelse . Den forutsagte økningen i energiutbytte på opptil tre ganger er et betydelig potensial for å nå høyere utbytte-regimer ved NIF, selv om forskerne påpeker at det avhenger av kontroll på andre nedbrytningsmekanismer . Diamantkapsler er allerede sentrale i NIFs rekordskudd – en høy kvalitet diamantkapsel muliggjorde NIFs 8,6 megajoule (MJ) fusjonsenergimilepæl 7. april 2025 . Bedre forståelse av diamantens faseatferd gir direkte innspill til neste generasjon av disse målene.

Betydning for planetforskning

Trykk- og temperaturforholdene som ble nådd i eksperimentene, er direkte relevante for det indre av iskjemper som Uranus og Neptun (trykk opp til omtrent 1,8 TPa, sammenlignbart med forholdene dypt inne i disse planetene) . Funnet om at diamant kan sameksistere med og flyte i flytende metallisk karbon, bidrar til å modellere «diamantregn» – den lenge hypotetiske utfellingen av diamant fra flytende karbonlag i iskjempers indre. Observasjonen av at diamant vedvarer metastabilt under rask kompresjon, gir også informasjon om hvordan karbon oppfører seg under planetdannelse og dynamiske hendelser .