Лазерный мир

Впервые в истории исследователям удалось экспериментально измерить жидкий углерод — вещество, которое в естественных условиях встречается только внутри планет. Этот прорыв может сыграть ключевую роль в развитии будущих энергетических технологий, таких как термоядерный синтез. До сих пор об этом неуловимом состоянии материи было известно очень мало, поскольку углерод при обычных условиях не плавится, а сразу переходит из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу.

Чтобы перевести углерод в жидкое состояние, требуются экстремальное давление и температура около 4500 градусов Цельсия, что является самой высокой точкой плавления среди всех известных материалов. Удержать такие условия в лаборатории было невозможно, так как ни один физический контейнер не способен их выдержать, сообщает Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Прорыв стал возможен благодаря лазерному сжатию. Международная группа ученых под руководством Ростокского университета и Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф использовала мощный лазер DIPOLE 100-X, который интенсивным и коротким импульсом энергии превращал твердый углерод в жидкость на доли секунды. Зафиксировать данные в этот мимолетный момент удалось с помощью сверхкоротких рентгеновских импульсов самого мощного в мире рентгеновского лазера European XFEL.

В ходе эксперимента мощные импульсы лазера DIPOLE 100-X создавали компрессионные волны в образце твердого углерода, превращая его в жидкость на наносекунды. В этот момент образец облучался рентгеновским лазерным импульсом, и по характеру рассеяния света атомами углерода ученые делали выводы об их расположении. Проводя множество повторений эксперимента с небольшими изменениями, исследователи смогли составить целостную картину перехода вещества из твердой фазы в жидкую.

Измерения показали, что структура жидкого углерода имеет сходство с твердым алмазом и является сложной, подобно воде, обладающей особыми структурными свойствами. Как пояснил руководитель исследовательской группы, профессор Доминик Краус, эксперимент подтвердил выводы, сделанные ранее на основе сложного моделирования. Кроме того, ученым удалось точно определить температуру плавления этого вещества. Эти знания имеют решающее значение для моделирования планетных процессов и разработки некоторых концепций получения энергии за счет ядерного синтеза. Данный эксперимент открывает новую эру в измерении материи при сверхвысоком давлении, предоставляя инструментарий для детального изучения вещества в экзотических состояниях.

Источник: https://sciencexxi.com/uchenye-zastavili-uglerod-rasplavitsya-i-vpervye-uvideli-ego-slozhnuyu-strukturu/