Fysikgenombrott: Så smälter diamant under extremt tryck – och vad det betyder för fusion och planetforskning

Varför precision spelar roll för tröghetsfusion

På National Ignition Facility (NIF) används diamant som ablatorskal – det hölje som omsluter fusionsbränslet under implosioner . Smältbeteendet och den tillståndsekvation som styr hur kapseln reagerar på extrem värme och tryck är avgörande för att uppnå effektiv kompression.

Genom att använda de korrigerade smältdata tror forskarna att de kan ”tredubbla energiutbytet” från NIF:s fusionsimplosioner, tack vare effektivare kompression och bättre kapseldesign . Det är ett betydande steg mot målet att göra tröghetsfusion till en livskraftig energikälla.

Vad det betyder för Uranus och Neptunus

Experimenten nådde tryck och temperaturer som överstiger dem i isjättarnas inre, och ger den första direkta bekräftelsen på att kristallin diamant kan förbli stabil djupt inne i Uranus och Neptunus . Data visar att diamant smälter till en tätare, metallisk vätska under dessa förhållanden, vilket direkt förbättrar modellerna av planeternas struktur, termiska utveckling och till och med utfällningen av diamant ”regn” inom dessa världar .

Detta bygger vidare på tidigare stötkompressionsstudier som redan antytt att diamant kan vara stabil djupt inne i jätteplaneter, och visar att smältkurvan har en negativ Clapeyron-lutning vid extremt höga tryck – diamant blir tätare när den smälter, vilket är motsatsen till vad som händer med is på jordens yta .

Ett ovanligt samförstånd mellan teori och experiment

Skillnader mellan experimentella och beräkningsmässiga resultat är vanliga inom högtrycksfysik, men de löses sällan så rent som i detta fall. Kombinationen av förbättrade diagnosmetoder och röntgendiffraktion gjorde att LLNL-teamet kunde mäta vad tidigare experiment inte klarade av, och resultatet låg inom felmarginalen för teorin .

Resultaten kan också ha bredare betydelse för kols fasbeteende: diamant är den stabila kolallotroppen vid tryck upp till 1 terapascal, men bortom den tröskeln förutspår beräkningar bildandet av en kroppscentrerad kubisk struktur (BC8), och vid tryck över 3 TPa förväntas en enkel kubisk struktur . Denna nya förståelse av diamantens smältkurva kommer att förfina kolfasdiagrammet vid de extrema förhållanden där dessa andra faser kan uppträda.