Diamante derrete a 7.300 K: estudo do LLNL encerra debate de 20 anos e aponta caminho para triplicar ganho de energia de fusão

2. Sob um único choque, o diamante pula fases intermediárias e derrete diretamente

Os dados de raios X mostraram que a estrutura cristalina do diamante persiste sem se transformar na fase BC8 prevista (uma estrutura de carbono de alta pressão) antes de derreter. A rede do diamante permanece intacta até que os átomos de carbono subitamente se desorganizam em um líquido . A equipe atribui isso ao aprisionamento cinético: sob um único choque rápido, não há tempo suficiente para as fortes ligações de carbono se quebrarem e se rearranjarem em BC8, então o sistema derrete diretamente da estrutura sólida do diamante .

3. Choques iniciais mais lentos podem triplicar o ganho de energia de fusão no NIF

Em experimentos de fusão por confinamento inercial (ICF) no National Ignition Facility, cápsulas de diamante seguram o combustível de deutério-trítio. O modelo de carbono refinado deste estudo mostra que usar ondas de choque iniciais ligeiramente mais lentas — que ainda derretem completamente o diamante — tornaria o combustível de fusão mais compressível, permitindo maiores rendimentos energéticos com a mesma potência de laser. Simulações indicam que isso pode aumentar o ganho de energia de fusão em até três vezes, desde que outros mecanismos de degradação sejam controlados .

4. Diamante flutua em seu próprio derretimento (como gelo na água)

Em alta pressão, o diamante sólido é menos denso que o carbono líquido metálico no qual se derrete, o que significa que o diamante sólido flutua sobre o carbono líquido — análogo a cubos de gelo flutuando na água . Isso também produz uma inclinação de Clapeyron negativa em parte da faixa de fusão, onde o aumento da pressão na verdade diminui a temperatura de fusão .

Implicações para a pesquisa em energia de fusão

O estudo melhora diretamente os modelos de projeto do ICF. As simulações de implosão atuais do NIF podem agora incorporar equações de estado do carbono validadas experimentalmente, removendo uma fonte-chave de incerteza no desempenho das cápsulas . O aumento previsto no ganho de energia de até três vezes é um impulso potencial significativo para alcançar regimes de fusão de maior rendimento no NIF, embora os pesquisadores alertem que isso depende do controle de outros mecanismos de degradação das cápsulas . As cápsulas de diamante já estão no centro dos recordes do NIF — uma cápsula de diamante de alta qualidade possibilitou o marco de 8,6 MJ de rendimento de fusão do NIF em 7 de abril de 2025 . Uma melhor compreensão do comportamento de fase do diamante informa diretamente a próxima geração desses alvos.

Implicações para a ciência planetária

As condições de pressão e temperatura alcançadas nos experimentos são diretamente relevantes para o interior de gigantes de gelo como Urano e Netuno (pressões de até ~1,8 TPa, comparáveis às encontradas nas profundezas desses planetas) . A descoberta de que o diamante pode coexistir com e flutuar em carbono líquido metálico ajuda a modelar a "chuva de diamante" — a precipitação de diamante há muito hipotetizada a partir de camadas de carbono líquido no interior dos gigantes de gelo. A observação de que o diamante persiste de forma metaestável sob compressão rápida também informa como o carbono se comporta durante a formação planetária e eventos dinâmicos .