科学者たちは、このとらえどころのない鉱物の融点を最も正確に測定するために、高出力レーザーでダイヤモンドを溶かしました。その結果、以前の実験では華氏 1,300 度 (摂氏 700 度) 以上もずれていたことが判明しました。
ダイヤモンドについて考えるのは素晴らしいことです 地球上で最も硬い天然素材溶解していますが、それは溶解されており、有利な条件下で非常に強力なレーザーによって爆破されます。ダイヤモンドがレーザー衝撃波にどのように反応するかを理解することは開発の重要な部分です 核融合星に力を与えるプロセス。核融合は将来の潜在的なエネルギー源でもあるため、研究者たちはダイヤモンドがどのように動作するかを記述および予測するモデルの開発に多大な労力を費やしてきました。
それにしてもダイヤモンドはすごいですね。実験データと理論モデルは一致することが多いですが、科学者が説明できない驚くべき矛盾がいくつかあります。最大の違いは 2,240 F (1,244 ℃)、つまり以前の実験データとモデルによって予測されたダイヤモンドの融解温度との間の約 20% の差です。ダイヤモンドが溶解プロセスの最後に液体になる前に、その原子が別の種類の固体炭素に再配置されるかどうかについても議論があります。
ダイヤモンドが溶ける条件が非常に極端で、地球上の実験室で測定することが非常に難しいため、研究者たちはこれらの矛盾を説明するのに苦労してきました。しかし、新たな実験により、科学者たちが20年間追い求めてきた解決策がついに得られるかもしれない。
8月13日にジャーナルに掲載された研究では 自然の物理学科学者たちは合成ダイヤモンドの小さなプレートを紫外線レーザーで切断し、非常に強力な衝撃波を発生させたので、ダイヤモンドがサンプルを通過する際に透明から鏡のような状態に変化しました。反射率の大幅な増加は、ダイヤモンドが溶解していることを示しています。これらの変化とスパッタリング時のダイヤモンドの光沢の測定値を組み合わせることで、研究者らはその融解温度を非常に正確にマッピングしました。
「私たちはダイヤモンドの小さなサンプルを採取し、太陽の表面よりも高い温度と海王星や天王星の核よりも高い圧力まで圧縮することができ、それでも原子構造、温度、密度、光反射率を測定することができました」と研究の共著者は述べた。 マリウス・ミローカリフォルニアにあるローレンス・リバモア国立研究所の研究科学者は、次のように述べた。 声明。
研究チームは、ダイヤモンドサンプルの融解温度がこれまで考えられていたよりも1,300°F以上低いことを発見し、その融点は理論的予測と一致し、最終的に長い矛盾を説明できました。
金属液体カーボンのプールに浮かぶ固体ダイヤモンドのアーティストのコンセプト。新しい実験は、そのような状況が他の惑星の深部でも起こり得ることを証明した。
(画像クレジット: James Wickboldt/LLNL)
研究チームはまた、X線回折によってサンプルの原子構造を測定したところ、おそらく原子の再配列にエネルギーが必要なため、ダイヤモンドは溶融する前に別の種類の固体炭素に変化していないことが判明したと研究者らは書いている。
しかし、彼らはまた、複数の衝撃がこの転移を引き起こすのに十分強力である可能性があり、ダイヤモンドに衝撃が加えられる方法がその相変化に影響を与える可能性があるという仮説も立てました。これを理解することは核融合研究にとって重要です。実験によっては、反応が起こるのに必要な条件である 30 ペタパスカル以上の圧力と 1 億 8,000 万華氏 (1 億度) 以上の温度下で、ダイヤモンド カプセルをレーザーで溶かして粉砕し、カプセルの中身である固体の重水素と三重水素を露出させる必要があるためです。
研究者らは、660～1,060ギガパスカルの圧力と約12,140°F(6,727℃)のダイヤモンドが液体炭素中に浮遊する固体粒子として存在することを発見した。圧力が増加すると、ダイヤモンドはさらに液体炭素に変化しますが、これは非常に奇妙な物質です。石炭、グラファイト、ダイヤモンドなど、地球上のほとんどの形態の炭素とは異なり、液体炭素は金属であるため、電気を伝導します。また、ダイヤモンドよりも密度が高いです。つまり、仮説として、液体炭素を蒸発させずに何らかの方法でカップの中に入れた場合、水の入ったグラスの中の氷のように、固体ダイヤモンドの破片がその中で回転する可能性があります。
このような極端な条件下でダイヤモンドがどのように動作するかを知ることは、巨大な氷の惑星である天王星と海王星を理解するためにも重要です。 1980 年代後半にボイジャー 2 号宇宙船によって行われた測定と地球上の実験室実験に基づいて、科学者たちはそれが実際にあると信じています。 これらの惑星の中に、巨大なダイヤモンドの破片が落ちます そしてそのマントルには液体炭素の海があり、そこにダイヤモンドが氷山のように浮かんでいる可能性があります。新しい研究は、科学者が惑星の内部とその炭素循環についてより正確な予測を行えることを意味します。
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