Tim naučnika je pomoću UV lasera i šok-talasa izmerio tačku topljenja dijamanta i pronašao da je ona više od 1.300°F (700°C) niža nego što su prethodna eksperimentalna merenja pokazivala. Novo merenje je u skladu sa teorijskim predviđanjima i uklanja razliku od oko 2.240°F (1.244°C) koja je dugo postojala. Rentgenska difrakcija nije pokazala prelaz u drugi čvrsti oblik ugljenika pre topljenja, a nalazi imaju značaj za fuziona istraživanja i modeliranje unutrašnjosti Uranusa i Neptuna.
Nove laserske merenja pokazuju: Tačka topljenja dijamanta je niža za više od 1.300°F (700°C)
A photo of a diamond sitting in a pool of meltwater. New research reveals the most precise measurement of diamond's melting point ever, paving the way for better fusion experiments and studies of giant plants. | Credit: Aitor Diago via Getty Images
Naučnici su pomoću ultraljubičastog lasera i snažnih šok-talasa izveli najpreciznija merenja tačke topljenja dijamanta do sada i otkrili da su ranija eksperimentalna merenja bila više od 1.300°F (700°C) previsoka. Rezultati, objavljeni 13. avgusta u časopisu Nature Physics, usklađuju se sa teorijskim predviđanjima i razrešavaju dugu nesaglasnost između modela i podataka.
U eksperimentu su istraživači pogodili tanke pločice sintetičkog dijamanta UV laserom, stvarajući šok-talase koji su kompresovali i zagrevali materijal do temperatura viših od površine Sunca i pritisaka većih od onih u centru Neptuna i Urana. Dok su šok-talasi prolazili kroz uzorke, dijamant je prelazio iz providnog u ogledalo-sličan stanje — naglo povećanje refleksije koje ukazuje na prelaz u tečno stanje. Istovremeno su mereni intenzitet emisije toplote (brightnes) i atomska struktura pomoću X-zraka.
"Uspeli smo da uzmemo male uzorke dijamanta i šok-komprimujemo ih do temperatura viših od površine Sunca i do pritisaka većih nego u centru Neptuna i Urana — i pri tome izmerimo atomske strukture, temperaturu, gustinu i optičku reflektivnost," rekao je Marius Millot iz Lawrence Livermore National Laboratory.
Tim je otkrio da je tačka topljenja dijamanta više od 1.300°F (700°C) niža nego što su prethodna merenja pokazivala, čime je smanjena razlika od oko 2.240°F (1.244°C) koja je dugo zbunjivala istraživače. Rentgenska difrakcija nije pokazala da dijamant prelazi u neki drugi stabilan čvrsti oblik ugljenika pre topljenja, što sugeriše da je energija potrebna za atomsko preuređenje veća od one koju proizvodi jedan šok-talasa ovog tipa.
An artist's concept of a solid chunk of diamond floating in a metallic liquid carbon pool. The new experiment proves this sort of situation is possible deep within other planets. | Credit: James Wickboldt/LLNL
Takođe su dokumentovali fazu u kojoj čvrsti komadi dijamanta plutaju u tečnom ugljeniku pri pritiscima između približno 660 i 1.060 gigapaskala i temperaturi od oko 12.140°F (6.727°C). Tečni ugljenik u tim uslovima deluje kao metal — provodi električnu struju i ima veću gustinu od dijamanta — pa bi čvrsti komadi mogli "plutati" kao ledene gore u topljenom metalu.
Šta ovo znači za fuziju i planetarnu nauku
Rezultati imaju praktične implikacije za istraživanja nuklearne fuzije: u nekim eksperimentima laserski zagrevani dijamant služi kao kapsula koja sadrži čvrsti deuterijum i tricijum, a njeno ponašanje pod ekstremnim pritiscima i temperaturama utiče na uspeh postizanja uslova za lančanu fuzionu reakciju. Autori napominju da bi kombinacija višestrukih šok-talasa ili drugačiji režimi opterećenja mogli dovesti do transformacija u čvrstom ugljeniku pre topljenja.
Osim toga, nova merenja pomažu u preciznijem modeliranju unutrašnjosti ledenih džinova — Uranusa i Neptuna — gde se na osnovu ranijih podataka pretpostavlja postojanje "kiše" dijamanata i slojeva tečnog ugljenika. Bolje razumevanje termodinamičkih granica dijamanta omogućava pouzdanije prognoze o internim procesima i ciklusima ugljenika u tim planetama.
Ovo istraživanje predstavlja važan korak napred u ispitivanju materijala pod ekstremnim uslovima i donosi praktične uvide za fuziona eksperimenta i planetary nauku. Dalja ispitivanja sa višestrukim šokovima i različitim vrstama uzoraka mogu dodatno rasvetliti potencijalne fazne prelaze u ugljeniku.
Pomozite nam da budemo bolji.
