LLNL研究解開鑽石熔化之謎 7,300K熔點終結20年爭議 或令核聚變能量增三倍

四大關鍵發現

1. 熔點約7,300K 終結20年爭議

團隊喺羅徹斯特大學嘅OMEGA激光設施，用激光脈衝衝擊微細嘅鑽石樣本，壓力介乎600 GPa至1.8 TPa（即係6百萬至1千8百萬個大氣壓）。佢哋用X射線繞射技術，喺十億分之一秒內捕捉鑽石嘅原子結構變化。結果測出熔點大約係7,300K，比2009年Jon Eggert團隊嘅實驗結果低咗超過1,000K，反而同量子力學模擬嘅預測幾乎一模一樣，成功解釋咗點解理論同實驗數據一直對唔上 。

2. 鑽石跳過中間相直接熔化

X射線數據顯示，鑽石嘅晶體結構一直維持到熔化嗰一刻，完全冇轉變成理論上預測嘅BC8高壓碳結構，然後碳原子就突然變成混亂嘅液態 。Millot解釋，呢個係因為「動力學陷阱」效應：喺單一次快速衝擊之下，強勁嘅碳鍵冇足夠時間斷開同重組變成BC8結構，所以鑽石直接由固態熔化成液態 。

3. 慢啲嘅初始衝擊波 或令核聚變能量增益三倍

喺NIF嘅核聚變實驗入面，鑽石外殼用嚟裝載氘氚燃料。呢個研究改良咗碳嘅物理模型，發現如果採用稍慢嘅初始衝擊波（仍然會完全熔化鑽石），可以令燃料更容易被壓縮，從而以同樣嘅激光驅動達到更高能量產出。模擬顯示，只要控制好其他衰減機制，能量增益最多可以提升三倍 。

4. 鑽石喺自己嘅熔體入面「浮起」

喺高壓之下，固態鑽石嘅密度竟然比佢熔化後變成嘅金屬液態碳仲要細，所以固態鑽石會好似冰浮喺水上面咁，浮喺液態碳之上 。呢個現象亦產生物理學上嘅「負克拉珀龍斜率」，即係壓力增加反而會令熔點降低 。

對核聚變能源研究嘅啟示

呢項研究直接改進咗NIF嘅內爆模擬模型。而家可以將實驗驗證過嘅碳狀態方程式直接套用落去，消除咗一個重要嘅不確定因素 。預計能量增益最多提升三倍，對於NIF追求更高產出嘅核聚變實驗係一個好大嘅潛在提升，不過研究員都提醒，要控制好其他令外殼退化嘅機制先至得 。

事實上，高品質嘅鑽石外殼已經係NIF打破紀錄嘅關鍵：2025年4月7號，正正係靠一個特製嘅高密度碳（鑽石）外殼，NIF先達到破紀錄嘅8.6百萬焦耳聚變能量產出 。呢個研究對鑽石相變行為嘅精準掌握，直接影響下一代目標外殼嘅設計。

對行星科學嘅意義

實驗達到嘅壓力同溫度條件（壓力最高~1.8 TPa），同天王星、海王星呢啲冰巨星嘅內部環境好相似 。鑽石可以同金屬液態碳共存並浮喺上面嘅發現，有助科學家模擬「鑽石雨」——即係冰巨星內部液態碳層中鑽石沉澱嘅長年假說。鑽石喺快速壓縮下可以保持亞穩態（即係暫時唔變形）嘅特性，亦幫助我哋了解碳喺行星形成同動態事件中嘅行為 。