Алмаз плавится не так, как предсказывали: физики обещают тройную энергию
Новый эксперимент, описанный в журнале Nature Physics, впервые показал, как алмаз плавится под давлением, втрое превышающим давление в ядре Земли. Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) сжимали крошечные образцы ударными волнами до температур горячее поверхности Солнца и давлений выше, чем в центрах Нептуна и Урана. При этом они измеряли атомную структуру, температуру, плотность и оптическую отражательную способность материала. Об этом рассказывает издание Phys.org.
Работа разрешает два давних противоречия: экспериментальные данные наконец совпали с квантово-механическими симуляциями. Один из авторов, Мариус Милло, объяснил, что ключевым инструментом стала рентгеновская дифракция, показывающая атомную структуру. Сигнал был слабым, поскольку углерод рассеивает мало рентгеновских лучей, и замеры приходилось делать за миллиардную долю секунды.
Ещё 20 лет назад Джон Эггерт и коллеги обнаружили, что при плавлении плотность алмаза увеличивается. Это необычно для большинства материалов, но знакомо по воде: лёд плавает в жидкой воде, а алмаз мог бы плавать в жидком углероде при высоких давлениях. Однако прежние эксперименты и расчёты расходились примерно на 20% в температуре плавления. Новый замер почти идеально совпал с симуляциями и закрыл двадцатилетний разрыв.
В предыдущих опытах на Z-машине в Сандийских лабораториях возникло предположение, что алмаз перед плавлением переходит в промежуточную кристаллическую фазу. Новые данные показали: при одиночном ударном сжатии алмаз остаётся алмазом до самого плавления, минуя промежуточные фазы. Авторы связывают это с тем, что образец не успевает перестроиться за время одного удара.
Для термоядерных исследований результат важен тем, что позволяет изменить условия обжатия мишеней на National Ignition Facility (NIF). В инерциальном термоядерном синтезе лазеры создают ударные волны, которые сжимают алмазную капсулу с топливом. Если применить чуть более медленный первый удар, топливо станет более сжимаемым, а максимальный выход энергии может вырасти втрое — при условии контроля других механизмов деградации.
Новые данные пригодятся и планетологам. Недра ледяных гигантов вроде Нептуна и Урана недоступны для прямых исследований, поэтому учёные опираются на лабораторные опыты. Некоторые модели предполагают, что в глубине
