Алмаз плавится при 7300 К: эксперименты LLNL разрешили давний научный спор и открыли путь к прорыву в термоядерной энергетике

2. При одиночном ударе алмаз плавится, минуя промежуточные фазы

Данные рентгеновской дифракции показали, что кристаллическая структура алмаза сохраняется без перехода в предсказанную фазу BC8 (высокодавленную структуру углерода) перед плавлением. Решетка алмаза остается нетронутой, пока атомы углерода внезапно не переходят в неупорядоченную жидкость . Команда объясняет это кинетическим захватом: при одиночном быстром ударе у прочных углеродных связей просто нет времени разрушиться и перестроиться в фазу BC8, поэтому система плавится непосредственно из твердого алмаза .

3. Более медленные начальные удары могут утроить выход энергии термоядерного синтеза в NIF

В экспериментах по инерциальному термоядерному синтезу (ICF) на NIF алмазные капсулы удерживают топливо из дейтерия и трития. Уточненная модель углерода, полученная в этом исследовании, показывает, что использование чуть более медленных начальных ударных волн (которые все еще полностью расплавляют алмаз) сделает термоядерное топливо более сжимаемым, позволяя получить более высокий выход энергии при той же лазерной накачке. Симуляции показывают, что это может увеличить энергетический выход термоядерного синтеза до трех раз, при условии контроля других механизмов деградации .

4. Алмаз плавает в собственном расплаве (как лед в воде)

При высоком давлении твердый алмаз имеет меньшую плотность, чем металлический жидкий углерод, в который он плавится. Это означает, что твердый алмаз плавает в жидком углероде — аналогично тому, как кубики льда плавают в воде . Это также приводит к отрицательному наклону кривой плавления (отрицательный наклон Клапейрона) на части диапазона, когда повышение давления на самом деле снижает температуру плавления .

Значение для исследований термоядерной энергии

Исследование напрямую улучшает модели конструкции ICF. Текущие симуляции имплозии NIF теперь могут включать экспериментально подтвержденные уравнения состояния углерода, устраняя ключевой источник неопределенности в характеристиках капсулы . Прогнозируемое увеличение выхода энергии (до трех раз) является значительным потенциальным повышением для достижения режимов термоядерного синтеза с более высоким выходом на NIF, хотя исследователи предупреждают, что это зависит от контроля других механизмов деградации капсулы . Алмазные капсулы уже находятся в центре рекордных выстрелов NIF: высококачественная алмазная капсула позволила NIF достичь рекордного выхода термоядерной энергии в 8,6 МДж 7 апреля 2025 года . Лучшее понимание фазового поведения алмаза напрямую влияет на разработку следующего поколения этих мишеней.

Значение для планетологии

Условия давления и температуры, достигнутые в экспериментах, напрямую применимы к недрам ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун (давления до ~1,8 ТПа, сравнимые с условиями глубоко внутри этих планет) . Открытие того, что алмаз может сосуществовать с жидким металлическим углеродом и плавать в нем, помогает моделировать «алмазные дожди» — давно предполагаемое выпадение алмазов из слоев жидкого углерода в недрах ледяных гигантов. Наблюдение, что алмаз сохраняется метастабильно при быстром сжатии, также дает информацию о поведении углерода во время формирования планет и динамических событий .