Kim cương nóng chảy ở 7.300 Kelvin: Nghiên cứu LLNL giải mã bí ẩn 20 năm, mở ra cánh cửa tăng gấp ba năng lượng nhiệt hạch

2. Dưới một cú sốc duy nhất, kim cương bỏ qua các pha trung gian và nóng chảy trực tiếp

Dữ liệu tia X cho thấy cấu trúc tinh thể kim cương tồn tại mà không biến đổi thành pha BC8 dự đoán (một cấu trúc carbon áp suất cao) trước khi nóng chảy. Mạng tinh thể kim cương vẫn nguyên vẹn cho đến khi các nguyên tử carbon đột ngột rơi vào trạng thái lỏng hỗn loạn . Nhóm nghiên cứu cho rằng điều này là do "sự bẫy động học": dưới một cú sốc nhanh, đơn lẻ, không có đủ thời gian để các liên kết carbon mạnh mẽ phá vỡ và sắp xếp lại thành BC8, do đó hệ thống nóng chảy trực tiếp từ cấu trúc kim cương rắn .

3. Các đợt sốc ban đầu chậm hơn có thể tăng gấp ba năng lượng nhiệt hạch tại NIF

Trong các thí nghiệm nhiệt hạch quán tính (ICF) tại NIF, các viên nang kim cương chứa nhiên liệu deuterium-tritium. Mô hình carbon tinh chỉnh từ nghiên cứu này cho thấy việc sử dụng các sóng xung kích ban đầu chậm hơn một chút (vẫn đủ để làm nóng chảy hoàn toàn kim cương) sẽ làm cho nhiên liệu nhiệt hạch dễ nén hơn, cho phép đạt năng suất cao hơn với cùng một công suất laser. Các mô phỏng chỉ ra rằng điều này có thể tăng năng lượng nhiệt hạch lên đến gấp ba lần, với điều kiện kiểm soát được các cơ chế suy thoái khác .

4. Kim cương nổi trong chính chất lỏng tan chảy của nó (giống như đá lạnh trong nước)

Ở áp suất cao, kim cương rắn có mật độ thấp hơn carbon lỏng kim loại mà nó tan chảy thành, có nghĩa là kim cương rắn nổi trên carbon lỏng — tương tự như viên đá lạnh nổi trong nước . Điều này cũng tạo ra độ dốc Clapeyron âm trên một phần của phạm vi nóng chảy, nơi áp suất tăng thực sự làm giảm nhiệt độ nóng chảy .

Hàm Ý cho Nghiên cứu Năng lượng Nhiệt hạch

Nghiên cứu này trực tiếp cải thiện các mô hình thiết kế ICF. Các mô phỏng nén hiện tại của NIF giờ đây có thể kết hợp các phương trình trạng thái carbon đã được xác nhận bằng thực nghiệm, loại bỏ một nguồn gây bất định chính trong hiệu suất của viên nang . Mức tăng năng lượng dự đoán lên đến gấp ba lần là một tiềm năng đáng kể để đạt được các chế độ nhiệt hạch năng suất cao hơn tại NIF, mặc dù các nhà nghiên cứu cảnh báo điều này phụ thuộc vào việc kiểm soát các cơ chế suy thoái khác của viên nang . Các viên nang kim cương đã là trung tâm của những phát bắn kỷ lục tại NIF — một viên nang kim cương chất lượng cao đã giúp NIF đạt cột mốc sản lượng nhiệt hạch 8,6 MJ vào ngày 7 tháng 4 năm 2025 . Hiểu rõ hơn về hành vi pha của kim cương sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến thế hệ mục tiêu tiếp theo này.

Hàm Ý cho Khoa học Hành tinh

Các điều kiện áp suất và nhiệt độ đạt được trong các thí nghiệm liên quan trực tiếp đến lòng của các hành tinh băng khổng lồ như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương (áp suất lên tới ~1,8 TPa, tương đương với áp suất sâu bên trong các hành tinh này) . Phát hiện rằng kim cương có thể cùng tồn tại và nổi trong carbon lỏng kim loại giúp mô hình hóa "mưa kim cương" — hiện tượng kết tủa kim cương từ các lớp carbon lỏng trong lòng các hành tinh băng khổng lồ vốn được giả thuyết từ lâu. Quan sát thấy kim cương tồn tại ở trạng thái siêu bền dưới áp suất nhanh cũng cung cấp thông tin về cách carbon hoạt động trong quá trình hình thành hành tinh và các sự kiện động lực học .