Горячее Солнца: как алмазные дожди в космосе изменят технологии на Земле
Ученые воспроизвели в лаборатории сверхэкстремальные условия недр Нептуна и Урана. Это не только раскрыло тайны алмазных дождей на ледяных гигантах, но может утроить выход энергии в термоядерных реакторах.
Об этом пишет РБК-Украина со ссылкой на Gizmodo.
Ученые объяснили: глубоко под верхними слоями атмосфер Нептуна и Урана царят колоссальные давления и температуры. В этих экстремальных условиях углерод превращается в алмазы, буквально выпадающие в виде дождя вглубь планет.
В течение длительного времени у ученых были теоретические модели этих процессов, однако новое исследование позволило заглянуть в глубочайшие регионы ледяных гигантов.
Эксперименты на грани физических возможностей
Американские физики взяли микроскопические образцы алмазов и подвергли их воздействию сверхмощных лазерных шоковых волн.
Это позволило добиться давления в десятки миллионов атмосфер (терапаскальный уровень) и температур, превышающих поверхностные показатели Солнца.
В ходе испытаний ученые смогли в режиме реального времени измерить:
- Атомная структура углерода при сжатии.
- Точные показатели температуры и густоты материала.
- Оптическую отражательную способность вещества.
Предыдущие компьютерные модели предполагали, что перед плавлением кристаллическая решетка алмаза проходит через промежуточную фазу.
Однако эксперимент доказал: атомы углерода остаются жестко зафиксированными в структуре алмаза вплоть до момента полного перехода в жидкое состояние.
Это объясняется тем, что во время одного сверхбыстрого шокового удара материал просто не успевает изменить структуру.
Прорыв для земной термоядерной энергетики
Помимо фундаментальных знаний о космосе эксперимент дал важный практический результат для земных технологий.
Выявленные свойства сжатия алмазов могут значительно улучшить системы инерциального термоядерного синтеза (ICF), которыми занимается ливерморская установка National Ignition Facility (NIF).
В таких реакторах процесс начинается с микроскопической алмазной капсулы с топливом, сжимаемой лазерами.
Исследование показало, что использование более медленных начальных шоковых волн позволяет полностью расплавить алмаз с меньшими затратами энергии. Это делает термоядерное топливо более компактным и потенциально позволяет утроить итоговый выход энергии при той же мощности лазеров.
Ученые подытожили: полученные данные станут атомными ориентирами для квантового моделирования поведения материи в экстремальных условиях и ускорят разработку чистой термоядерной энергетики.