Ученые из Университета Ростока (Германия) и Национальное исследовательское агентство по инновациям Великобритании, впервые экспериментально создали жидкий углерод — вещество, которое ранее считалось невозможным для изучения в лабораторных условиях. Этот прорыв достигнут с помощью высокоэнергетического лазера DiPOLE 100-X и рентгеновского лазера XFEL в Германии. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Как удалось получить жидкий углерод
Углерод имеет самую высокую температуру плавления среди всех элементов — около 4500 °C. При нормальном давлении он не переходит в жидкое состояние, а сразу испаряется. Чтобы преодолеть это, исследователи использовали мощный лазер DiPOLE 100-X, разработанный в Великобритании, который способен генерировать импульсы энергии до 100 джоулей длительностью 10 наносекунд . Лазер создавал ударные волны, нагревая и сжимая образцы углерода до экстремальных условий, при которых он переходил в жидкое состояние на миллиардные доли секунды.
Одновременно с этим рентгеновский лазер XFEL создавал снимки внутренней структуры материала. Он фиксировал, как расположены атомы углерода в момент, когда они находились в жидком состоянии. Это как сделать рентгеновский снимок, но не костей, а атомов в капле раскаленного углерода — за миллиарды долей секунды.
Каждый эксперимент длился всего несколько наносекунд, но многократные повторения с различными параметрами позволили собрать полную картину перехода углерода из твердой фазы в жидкую.
Почему это важно
Жидкий углерод обладает уникальными свойствами, которые могут быть полезны в будущих установках ядерного синтеза. Он может служить как охлаждающим агентом для реакторов, так и в качестве замедлителя для замедления нейтронов, что является жизненно важной функцией для поддержания цепных реакций, необходимых для синтеза.
Кроме того, исследование подтвердило теоретические прогнозы о структуре жидкого углерода, показав, что каждый атом углерода в жидком состоянии окружен четырьмя ближайшими соседями, что напоминает структуру алмаза. Это открытие может помочь в разработке новых материалов и технологий, включая производство нанодимантов для квантовых сенсоров и медицинских приложений.
Этот эксперимент открывает новые возможности для изучения экстремальных состояний вещества, которые ранее были недоступны. С помощью лазера DiPOLE 100-X и рентгеновского лазера XFEL ученые могут исследовать поведение различных материалов при высоких температурах и давлениях, что важно для понимания процессов, происходящих в недрах планет и звезд.
Ученые получили рекордную энергию в термоядерном синтезе
Создана технология, способная решить проблему прочности термоядерных реакторов