Гарячіше за Сонце: як алмазні дощі у космосі змінять технології на Землі
Науковці відтворили у лабораторії надекстремальні умови надр Нептуна та Урана. Це не лише розкрило таємниці алмазних дощів на крижаних гігантах, а й може потроїти вихід енергії в термоядерних реакторах.
Про це пише РБК-Україна з посиланням на Gizmodo.
Вчені пояснили: глибоко під верхніми шарами атмосфер Нептуна й Урана панують колосальні тиски та температури. У цих екстремальних умовах вуглець перетворюється на алмази, які буквально випадають у вигляді дощу вглиб планет.
Протягом тривалого часу науковці мали лише теоретичні моделі цих процесів, однак нове дослідження дозволило зазирнути у найглибші регіони крижаних гігантів.
Експерименти на межі фізичних можливостей
Американські фізики взяли мікроскопічні зразки алмазів і піддали їх впливу надпотужних лазерних шокових хвиль.
Це дозволило досягти тиску у десятки мільйонів атмосфер (терапаскальний рівень) та температур, що перевищують поверхневі показники Сонця.
Під час випробувань науковці змогли в режимі реального часу виміряти:
- Атомну структуру вуглецю під час стиснення.
- Точні показники температури та густини матеріалу.
- Оптичну відбивну здатність речовини.
Попередні комп'ютерні моделі передбачали, що перед плавленням кристалічна решітка алмазу проходить через проміжну фазу.
Проте експеримент довів: атоми вуглецю залишаються жорстко зафіксованими в структурі алмазу аж до моменту повного переходу у рідкий стан.
Це пояснюється тим, що під час одного надшвидкого шокового удару матеріал просто не встигає змінити структуру.
Прорив для земної термоядерної енергетики
Окрім фундаментальних знань про космос, експеримент дав важливий практичний результат для земних технологій.
Виявлені властивості стиснення алмазів можуть суттєво покращити системи інерціального термоядерного синтезу (ICF), якими займається ліверморська установка National Ignition Facility (NIF).
У таких реакторах процес починається з мікроскопічної алмазної капсули з паливом, яку стискають лазерами.
Дослідження довело, що використання повільніших початкових шокових хвиль дає змогу повністю розплавити алмаз із меншими витратами енергії. Це робить термоядерне паливо більш компактним і потенційно дозволяє потроїти підсумковий вихід енергії за тієї ж потужності лазерів.
Вчені підсумували: отримані дані стануть атомними орієнтирами для квантового моделювання поведінки матерії в екстремальних умовах і прискорять розробку чистої термоядерної енергетики.