Diamant smälter vid 7 300 Kelvin – LLNL-studie löser 20 år gammal gåta och kan tredubbla fusionsenergin

2. Vid en enda chock hoppar diamant över mellanfaser och smälter direkt

Röntgendata visar att diamantens kristallstruktur består utan att övergå i den förutsedda BC8-fasen (en högtrycksstruktur för kol) innan den smälter. Gittret förblir intakt tills kolatomerna abrupt faller samman i en oordnad vätska . Teamet förklarar detta med kinetisk infångning: under en enda snabb chock finns det inte tid för de starka kolbindningarna att brytas och omorganiseras till BC8, så systemet smälter direkt från fast diamant .

3. Långsammare initiala chocker kan tredubbla fusionsenergiutbytet vid NIF

I tröghetsfusionsexperiment (ICF) vid National Ignition Facility används diamantkapslar som håller deuterium-tritiumbränsle. Den förfinade kolmodellen från studien visar att något långsammare initiala chockvågor – som fortfarande smälter diamanten fullständigt – gör fusionsbränslet mer kompressibelt, vilket ger högre energiutbyte med samma laserdrivning. Simuleringar indikerar att detta kan öka energiutbytet från fusion upp till tre gånger, förutsatt att andra nedbrytningsmekanismer kontrolleras .

4. Diamant flyter i sin egen smälta (som is i vatten)

Vid högt tryck är fast diamant mindre tät än den metalliska flytande kol som den smälter till, vilket innebär att fast diamant flyter på flytande kol – analogt med isbitar som flyter i vatten . Detta ger också en negativ Clapeyron-lutning över en del av smältområdet, där ökande tryck faktiskt sänker smältpunkten .

Konsekvenser för fusionsenergiforskning

Studien förbättrar direkt ICF-designmodeller. NIF:s nuvarande implosionssimuleringar kan nu inkludera experimentellt validerade tillståndsekvationer för kol, vilket eliminerar en viktig osäkerhetskälla i kapselprestanda . Den förutsagda ökningen av energiutbytet – upp till tre gånger – är en betydande potentiell förbättring för att nå högre fusionsregimer vid NIF, även om forskarna varnar för att det beror på kontroll av andra nedbrytningsmekanismer i kapseln . Diamantkapslar är redan centrala i NIF:s rekordskott – en högkvalitativ diamantkapsel möjliggjorde NIF:s milstolpe på 8,6 MJ fusionsenergi den 7 april 2025 . Bättre förståelse av diamants fasbeteende påverkar direkt nästa generation av dessa mål.

Konsekvenser för planetvetenskap

Tryck- och temperaturförhållandena i experimenten är direkt relevanta för inre delar av isjättar som Uranus och Neptunus (tryck upp till cirka 1,8 TPa, jämförbart med djupen inne i dessa planeter) . Upptäckten att diamant kan samexistera med och flyta i flytande metalliskt kol hjälper till att modellera ”diamantregn” – den länge hypotetiska utfällningen av diamanter från flytande kollager i isjättars inre. Observationen att diamant består metastabilt under snabb kompression informerar också om hur kol beter sig under planetbildning och dynamiska händelser .