کشفی عجیب درباره الماس که می‌تواند آینده انرژی پاک را تغییر دهد

نورنیوز-گروه بین‌الملل: وبگاه اینترستینگ این‌جی‌نی‌یِرینگ در گزارشی آورده است:

الماس، سخت‌ترین ماده طبیعی روی زمین، در اعماق سیاراتی مانند نپتون و اورانوس به شکل باران می‌بارد و در آزمایش‌های همجوشی هسته‌ای، به‌عنوان پوشش سوخت استفاده می‌شود؛ اما رفتار این ماده شگفت‌انگیز در فشارهای بسیار بالا، تاکنون یک معمای بزرگ برای دانشمندان بود.

پژوهشگران آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور به‌تازگی با استفاده از نمونه‌های الماس به اندازه یک ذره غبار، موفق شدند آن را تا دمایی داغ‌تر از سطح خورشید و فشاری بالاتر از مرکز سیارات نپتون و اورانوس برسانند و در همین حال، ساختار اتمی، دما، چگالی و بازتابش نوری آن را اندازه‌گیری کنند.

ماریوس میلو (Marius Millot)، دانشمند این آزمایشگاه و نویسنده این پژوهش، توضیح می‌دهد: توانستیم نمونه‌های کوچک الماس را تحت فشار و شوک حرارتی قرار دهیم و هم‌زمان تغییرات ساختاری آن را ثبت کنیم. این کار تا پیش از این ممکن نبود.

چرا الماس در فشارهای بالا ذوب می‌شود؟

یکی از یافته‌های مهم این پژوهش که در نشریه معتبر نِیچِر/ Nature منتشر شده، حل یک اختلاف ۲۰ درصدی بین آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای درباره دمای ذوب الماس است.

تا پیش از این، شبیه‌سازی‌های نظری نشان می‌دادند که الماس در فشارهای بسیار بالا به ساختار دیگری به نام بی‌سی‌اِیت/ BC8 تبدیل می‌شود، اما آزمایش‌های جدید نشان دادند که ساختار الماس تا فشار ۱ تراپاسکال (یک میلیون برابر فشار جَو زمین) پایدار می‌ماند و تنها پس از آن، با کاهش اندک دمای ذوب، به حالت مایع تبدیل می‌شود.

الماس؛ از جواهر تا سوخت همجوشی هسته‌ای

الماس نه‌تنها یک جواهر گرانبهاست، بلکه به دلیل سختی فوق‌العاده، به‌عنوان پوشش کپسول‌های سوخت در آزمایش‌های همجوشی هسته‌ایِ محصورشده با لیزر (ICF) استفاده می‌شود. همجوشی هسته‌ای فرآیندی است که در آن با ترکیب اتم‌های کوچک، انرژی عظیم آزاد می‌شود؛ درست مانند آنچه در خورشید رخ می‌دهد. در این آزمایش‌ها، پرتوهای قدرتمند لیزر به کپسول حاوی سوخت هیدروژنی تابیده می‌شود تا شرایطی مشابه هسته خورشید ایجاد کند و انرژی عظیمی آزاد شود.

درک دقیق رفتار الماس در فشارهای بالا، می‌تواند به محققان کمک کند تا کپسول‌های سوخت را بهینه‌تر طراحی کنند و بازده انرژی این واکنش‌ها را تا سه برابر افزایش دهند.

باران الماس در اعماق سیارات یخی

علاوه بر کاربردهای زمینی، این کشف برای دانش سیارات نیز اهمیت حیاتی دارد. دانشمندان معتقدند که در اعماق سیارات غول‌پیکر یخی مانند نپتون و اورانوس، الماس به شکل باران از آسمان می‌بارد. با دانستن رفتار الماس در فشارهای بالا، می‌توان مدل‌های دقیق‌تری از درون این سیارات ارائه داد.

گامی به سوی شبیه‌سازی‌های اتمی دقیق‌تر

دکتر میلو و همکارانش تأکید کردند که این پژوهش، مرجعی اتمی برای شبیه‌سازی‌های کوانتومی در شرایط فوق‌العاده فراهم می‌کند؛ به عبارت دیگر، دانشمندان اکنون می‌توانند با دقت بیشتری پیش‌بینی کنند که مواد در اعماق سیارات یا در قلب واکنش‌های هسته‌ای چگونه رفتار می‌کنند.

پروفسور جان اگرت (Jon Eggert)، از پیشگامان این پژوهش، حدود ۲۰ سال پیش مشاهده کرد که چگالی الماس هنگام ذوب‌شدن افزایش می‌یابد؛ پدیده‌ای که در بیشتر مواد دیده نمی‌شود. او در آن زمان این‌گونه توضیح داد: آب مایع از یخ چگال‌تر است، به همین دلیل است که یخ‌ها روی آب شناور می‌مانند. یافته ما نشان می‌دهد که الماس نیز در فشارهای بالا روی کربن مایع شناور خواهد شد.

گام‌های بعدی

پژوهشگران قصد دارند با استفاده از این یافته‌ها، مدل‌های دقیق‌تری برای هم‌جوشی هسته‌ای و سیارات فراهم کنند و همچنین به‌دنبال کاربردهای جدیدی برای الماس در شرایط فوق‌العاده هستند.