Физики из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса провели ударный эксперимент с алмазом и получили новые данные о том, как может возникать алмазный дождь внутри ледяных гигантов, таких как Нептун и Уран. Работа опубликована в Nature Physics.
В эксперименте на установке Omega Laser Facility лазер испарял внешний слой алмазной мишени. Это создавало мощную ударную волну, которая сжимала образец до давлений выше трех давлений в центре Земли и нагревала его до температур порядка поверхности Солнца. Состояние вещества существовало меньше наносекунды, поэтому исследователи использовали сверхбыструю рентгеновскую дифракцию, чтобы увидеть структуру алмаза в момент плавления.
Главный результат касается старого расхождения между измерениями и квантово-механическими расчетами. Ранее оценки температуры плавления алмаза при экстремальном давлении расходились примерно на 20 процентов, что в этих условиях означает более тысячи кельвинов. Новые данные показали согласие с современными моделями и уточнили область давлений и температур, где твердый алмаз переходит в жидкую фазу.
Для планетологии важна плотность вещества. По данным работы, твердый алмаз при некоторых условиях может быть менее плотным, чем жидкий металлический углерод. Это означает, что в глубинах ледяных гигантов алмазные кристаллы способны всплывать или участвовать в сложной циркуляции углеродного вещества, а не просто тонуть к ядру. Такие процессы могут влиять на перенос тепла и на избыточное излучение Нептуна в космос.
Есть и прикладная сторона. В установках инерциального термоядерного синтеза, включая National Ignition Facility, алмазные капсулы используют как оболочки для топлива. Авторы считают, что более мягкий начальный удар может лучше расплавлять такую оболочку и повысить выход энергии топлива примерно в три раза. Это не делает реактор готовой электростанцией, но дает более точную физику для следующих экспериментов.
