Diament topi się w rekordowej temperaturze 7300 K. Naukowcy zamykają 20-letni spór i otwierają drogę do potrojenia wydajności syntezy jądrowej

2. Pod pojedynczym uderzeniem diament pomija fazy pośrednie i topi się bezpośrednio

Dane rentgenowskie wykazały, że struktura krystaliczna diamentu utrzymuje się bez przekształcania w przewidywaną fazę BC8 (wysokociśnieniową strukturę węgla) przed stopieniem. Sieć diamentowa pozostaje nienaruszona aż do momentu, gdy atomy węgla gwałtownie przechodzą w nieuporządkowaną ciecz . Zespół przypisuje to uwięzieniu kinetycznemu: pod pojedynczym, szybkim uderzeniem nie ma wystarczająco dużo czasu, aby silne wiązania węglowe pękły i przestawiły się w strukturę BC8, więc układ topi się bezpośrednio ze stałej struktury diamentu .

3. Wolniejsze początkowe uderzenia mogą potroić wydajność fuzji w NIF

W eksperymentach fuzyjnego zapłonu inercyjnego (ICF) w National Ignition Facility diamentowe kapsuły przechowują paliwo deuterowo-trytowe. Udoskonalony model węgla z tego badania pokazuje, że zastosowanie nieco wolniejszych początkowych fal uderzeniowych – które wciąż w pełni stopią diament – sprawi, że paliwo fuzyjne będzie bardziej ściśliwe, umożliwiając uzyskanie wyższej wydajności energetycznej przy tym samym napędzie laserowym. Symulacje wskazują, że może to zwiększyć wydajność fuzji nawet trzykrotnie, o ile inne mechanizmy degradacji zostaną opanowane .

4. Diament unosi się we własnym stopie (jak lód w wodzie)

Pod wysokim ciśnieniem stały diament ma mniejszą gęstość niż metaliczny ciekły węgiel, w który się topi, co oznacza, że stały diament unosi się na ciekłym węglu – analogicznie do kostek lodu pływających w wodzie . Powoduje to również ujemne nachylenie Clapeyrona w części zakresu topnienia, gdzie wzrost ciśnienia faktycznie obniża temperaturę topnienia .

Znaczenie dla badań nad energią fuzyjną

Badanie bezpośrednio udoskonala modele projektowania ICF. Obecne symulacje implozji w NIF mogą teraz uwzględniać eksperymentalnie potwierdzone równania stanu węgla, usuwając kluczowe źródło niepewności w działaniu kapsuł . Przewidywany wzrost wydajności energetycznej nawet trzykrotnie jest znaczącym potencjalnym impulsem do osiągnięcia wyższych reżimów fuzji w NIF, choć naukowcy ostrzegają, że zależy to od kontrolowania innych mechanizmów degradacji kapsuły . Diamentowe kapsuły są już w centrum rekordowych strzałów NIF – wysokiej jakości diamentowa kapsuła umożliwiła osiągnięcie przez NIF 8,6 MJ wydajności fuzyjnej 7 kwietnia 2025 roku . Lepsze zrozumienie zachowania fazowego diamentu bezpośrednio wpływa na następną generację tych celowników.

Znaczenie dla nauk planetarnych

Ciśnienia i temperatury osiągnięte w eksperymentach są bezpośrednio istotne dla wnętrz lodowych olbrzymów, takich jak Uran i Neptun (ciśnienia do ~1,8 TPa, porównywalne do tych panujących głęboko wewnątrz tych planet) . Odkrycie, że diament może współistnieć z ciekłym metalicznym węglem, a nawet na nim pływać, pomaga modelować „diamentowy deszcz” – długo hipotetyczne wytrącanie się diamentu z warstw ciekłego węgla we wnętrzach lodowych olbrzymów. Obserwacja, że diament utrzymuje się metastabilnie przy szybkiej kompresji, dostarcza również informacji o tym, jak węgiel zachowuje się podczas formowania się planet i dynamicznych zdarzeń .