鑽石熔點之謎終於解開——7,300 K的答案，可能讓核融合產能翻三倍

2. 單次衝擊下，鑽石直接熔化、跳過中間相

X射線數據顯示，鑽石的晶體結構在熔化前並未轉變為理論預測的BC8高壓碳結構。鑽石晶格一直保持完整，直到碳原子突然在混亂中瓦解為液體。研究團隊將此歸因於「動力學陷阱」：在單次快速衝擊下，碳的強鍵結沒有足夠時間斷裂並重新排列成BC8結構，因此系統從固態鑽石直接熔化。

3. 較慢的初始衝擊，有望為NIF核融合增益三倍

在NIF的慣性約束核融合實驗中，鑽石膠囊用於承載氘-氚燃料。這項研究更新的碳模型顯示，若使用略慢的初始衝擊波——在仍能完全熔化鑽石的前提下——可使核融合燃料更具可壓縮性，從而在相同雷射驅動下獲得更高的能量產出。模擬結果指出，在其他退化機制獲得控制的情況下，核融合能量增益最高可提升三倍。

4. 鑽石漂浮在自己的熔液中（如同冰浮於水）

在高壓下，固態鑽石的密度低於其熔化後形成的金屬液態碳，這意味著固態鑽石會浮在液態碳之上——就像冰塊浮在水面上一樣。這也導致在部分熔化範圍內出現負的克勞修斯-克拉佩龍斜率（Clapeyron slope），即壓力增加反而使熔化溫度降低。

對核融合研究的意義

這項研究直接改進了ICF的設計模型。NIF目前的內爆模擬現在可以採用經過實驗驗證的碳狀態方程式，移除了膠囊性能預測中的一個關鍵不確定性來源。預測中高達三倍的能量增益提升，對於NIF達到更高產出核融合狀態是一個有意義的潛在助力，不過研究人員提醒，這取決於能否控制其他膠囊退化機制。鑽石膠囊已是NIF創紀錄實驗的核心——2025年4月7日，一顆高品質的鑽石膠囊幫助NIF實現了8.6 MJ的核融合產量里程碑。更深入了解鑽石的相變行為，將直接影響下一代目標設計。

對行星科學的意義

實驗達到的壓力與溫度條件直接對應於天王星和海王星等冰巨星的內部環境（壓力高達約1.8 TPa，與這些行星深處的壓力相當）。研究發現鑽石可以與金屬液態碳共存並浮於其上，有助於模擬「鑽石雨」——即長期以來假設的、鑽石從冰巨星內部液態碳層中沉澱的過程。此外，觀察到鑽石在快速壓縮下能亞穩態存在，也為碳在行星形成及動態事件中的行為提供了新的資訊。