За словами науковця LLNL Маріуса Мійо, команді «вдалося взяти крихітні зразки алмазу, піддати їх ударному стисненню до температури, вищої за температуру поверхні Сонця, та до тиску, вищого за тиск у центрах Нептуна та Урана — і при цьому виміряти атомну структуру, температуру, густину та оптичну відбивну здатність» .

Ключовий результат: нове вимірювання температури плавлення алмазу майже ідеально збіглося з квантовими симуляціями, усунувши розбіжність приблизно у 20%, яка турбувала наукову спільноту два десятиліття . Експерименти також показали, що вуглець залишався в алмазній структурі аж до моменту плавлення, минаючи проміжну кристалічну фазу, на існування якої вказували деякі попередні досліди .

Чому точність важлива для інерційного термоядерного синтезу

На Національному комплексі лазерних термоядерних реакцій (NIF) алмаз використовується як оболонка-аблятор, що оточує термоядерне паливо під час імплозій . Від поведінки алмазу під час плавлення та рівняння його стану, яке визначає реакцію капсули на екстремальний тиск і тепло, критично залежить досягнення ефективного стиснення.

Застосування скоригованих даних про плавлення, на думку дослідників, дозволить «потроїти енерговиграш» від термоядерних імплозій NIF завдяки ефективнішому стисненню та кращому дизайну капсул . Це є значним кроком до мети зробити інерційний термоядерний синтез життєздатним джерелом енергії.

Що це означає для Урана та Нептуна

Експерименти досягли тиску та температур, що перевищують параметри в надрах крижаних гігантів, вперше безпосередньо підтвердивши, що кристалічний алмаз може залишатися стабільним глибоко всередині Урана та Нептуна . Дані показують, що за таких умов алмаз плавиться, перетворюючись на густішу металеву рідину, що безпосередньо впливає на моделі структури планет, їхньої теплової еволюції і навіть на утворення алмазного «дощу» в надрах цих світів .

Це дослідження спирається на попередні роботи з ударного стиснення, які вже припускали, що алмаз може бути стабільним глибоко всередині планет-гігантів, демонструючи, що крива плавлення має від'ємний нахил Клапейрона за надвисоких тисків — алмаз стає щільнішим під час плавлення, що протилежно тому, що відбувається з льодом на поверхні Землі .

Рідкісне узгодження теорії та експерименту

Розбіжності між експериментальними та обчислювальними результатами є звичайною справою у фізиці високих тисків, але вони рідко усуваються так чітко. Поєднання вдосконалених методів діагностики та рентгенівської дифракції дозволило команді LLNL виміряти те, що не могли попередні експерименти, і результат збігся з теорією в межах похибки .

Отримані дані також можуть мати ширше значення для фазової поведінки вуглецю: алмаз є стабільною алотропною модифікацією вуглецю за тиску до 1 терапаскаля, проте за цим порогом розрахунки передбачають утворення об'ємно-центрованої кубічної структури (BC8), а за тиску понад 3 ТПа — простої кубічної структури . Це нове розуміння кривої плавлення алмазу дозволить уточнити фазову діаграму вуглецю за екстремальних умов, де можуть з'являтися ці інші фази.

За словами науковця LLNL Маріуса Мійо, команді «вдалося взяти крихітні зразки алмазу, піддати їх ударному стисненню до температури, вищої за температуру поверхні Сонця, та до тиску, вищого за тиск у центрах Нептуна та Урана — і при цьому виміряти атомну структуру, температуру, густину та оптичну відбивну здатність» .

Ключовий результат: нове вимірювання температури плавлення алмазу майже ідеально збіглося з квантовими симуляціями, усунувши розбіжність приблизно у 20%, яка турбувала наукову спільноту два десятиліття . Експерименти також показали, що вуглець залишався в алмазній структурі аж до моменту плавлення, минаючи проміжну кристалічну фазу, на існування якої вказували деякі попередні досліди .

Чому точність важлива для інерційного термоядерного синтезу

На Національному комплексі лазерних термоядерних реакцій (NIF) алмаз використовується як оболонка-аблятор, що оточує термоядерне паливо під час імплозій . Від поведінки алмазу під час плавлення та рівняння його стану, яке визначає реакцію капсули на екстремальний тиск і тепло, критично залежить досягнення ефективного стиснення.

Застосування скоригованих даних про плавлення, на думку дослідників, дозволить «потроїти енерговиграш» від термоядерних імплозій NIF завдяки ефективнішому стисненню та кращому дизайну капсул . Це є значним кроком до мети зробити інерційний термоядерний синтез життєздатним джерелом енергії.

Що це означає для Урана та Нептуна

Експерименти досягли тиску та температур, що перевищують параметри в надрах крижаних гігантів, вперше безпосередньо підтвердивши, що кристалічний алмаз може залишатися стабільним глибоко всередині Урана та Нептуна . Дані показують, що за таких умов алмаз плавиться, перетворюючись на густішу металеву рідину, що безпосередньо впливає на моделі структури планет, їхньої теплової еволюції і навіть на утворення алмазного «дощу» в надрах цих світів .

Це дослідження спирається на попередні роботи з ударного стиснення, які вже припускали, що алмаз може бути стабільним глибоко всередині планет-гігантів, демонструючи, що крива плавлення має від'ємний нахил Клапейрона за надвисоких тисків — алмаз стає щільнішим під час плавлення, що протилежно тому, що відбувається з льодом на поверхні Землі .

Рідкісне узгодження теорії та експерименту

Розбіжності між експериментальними та обчислювальними результатами є звичайною справою у фізиці високих тисків, але вони рідко усуваються так чітко. Поєднання вдосконалених методів діагностики та рентгенівської дифракції дозволило команді LLNL виміряти те, що не могли попередні експерименти, і результат збігся з теорією в межах похибки .

Отримані дані також можуть мати ширше значення для фазової поведінки вуглецю: алмаз є стабільною алотропною модифікацією вуглецю за тиску до 1 терапаскаля, проте за цим порогом розрахунки передбачають утворення об'ємно-центрованої кубічної структури (BC8), а за тиску понад 3 ТПа — простої кубічної структури . Це нове розуміння кривої плавлення алмазу дозволить уточнити фазову діаграму вуглецю за екстремальних умов, де можуть з'являтися ці інші фази.