Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Команда учёных под руководством Университета Ростока и исследовательского центра HZDR (Гельмгольц-Центр Дрезден-Россендорф) впервые успешно получила жидкий углерод. Ранее считалось, что этот материал невозможно исследовать в лабораторных условиях.
Благодаря своей исключительно высокой температуре плавления, жидкий углерод рассматривается как ключевой компонент для будущих установок термоядерного синтеза
Жидкий углерод – перспективы для термоядерного синтеза
Этот прорыв, достигнутый с использованием лазера DiPOLE 100-X, имеет важные последствия для будущего реакторов термоядерного синтеза — энергетических установок, использующих энергию слияния атомных ядер.
Жидкий углерод, с его высокой температурой плавления около 4500°C и уникальными структурными свойствами, считается важнейшим компонентом будущих установок термоядерного синтеза.
Он мог бы служить как теплоносителем для реакторов, так и замедлителем нейтронов — это жизненно важная функция для поддержания цепных реакций (последовательности реакций деления или синтеза, где нейтроны, испускаемые в одной реакции, вызывают последующие), необходимых для синтеза.
«Лазерная система STFC открыла новые исследовательские возможности, которые ранее были невообразимы», — отметили исследователи.
Высокомощный лазер и экстремальные условия
Создание жидкого углерода представляло собой сложный процесс.
Высокомощный лазер DiPOLE 100-X использовался для создания экстремальных условий, переводя твёрдые образцы углерода в жидкое состояние на миллиардные доли секунды.
Одновременно рентгеновский луч фиксировал дифракционные картины (узоры, возникающие при рассеянии рентгеновских лучей на атомной структуре вещества), раскрывая атомное строение кратковременно существующего жидкого углерода.
Каждый эксперимент, длившийся лишь доли секунды, повторялся многократно с небольшими изменениями параметров. Затем эти «моментальные снимки» дифракционных картин объединялись для построения полной картины перехода углерода из твёрдой фазы в жидкую.
«Ранее его было невозможно изучать в лаборатории, и о жидкой форме углерода было мало что известно, поскольку он не плавится при нормальном давлении. Вместо этого он сразу переходит в газообразное состояние», — говорится в пресс-релизе.
Углерод переходит в жидкое состояние только при экстремальном давлении и температурах около 4500°C, что является самой высокой температурой плавления среди всех материалов.
Хотя лазерное сжатие предоставило способ достижения этого кратковременного жидкого состояния, основной проблемой было проведение точных измерений в эти короткие мгновения.
Эта проблема решена на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах (European XFEL — мощный источник рентгеновского излучения) с помощью системы D100-X, специально разработанной для изучения экстремальных состояний вещества, как жидкий углерод.
«Измерения показали, что при наличии четырёх ближайших соседей у каждого атома, структурная организация жидкого углерода сходна с твёрдым алмазом», — добавили ученые.
Кроме того, исследовательская группа точно определила температуру плавления углерода, разрешив давние расхождения между предыдущими теоретическими предсказаниями. Это может способствовать развитию определённых концепций термоядерного синтеза.
«В будущем результаты, получение которых в настоящее время требует нескольких часов экспериментального времени, можно будет получать всего за секунды, как только будут оптимизированы сложные системы автоматического управления и обработки данных».
Поделись видео:
