Võimsate laserimpulsside laskmine plastitükkidele on andnud uusi teadmisi selle kohta, kuidas teemandid võivad tekkida ja sadada jäähiiglaslikel planeetidel, nagu Neptuun ja Uraan. Saksamaa, Prantsusmaa ja USA teadlaste eksperiment võib viia ka parema tööstusliku protsessini teemantide valmistamiseks siin Maal.
Meeskonna liige Dominik Kraus Rostocki ülikoolis selgitab rühm, et rühm kasutas energilisi impulss-optilisi lasereid, et juhtida lööklaine PET-plastkilesse. Laine rõhk oli umbes miljon korda suurem Maa atmosfäärirõhust, mis simuleerib tingimusi mõne tuhande kilomeetri kaugusel jäähiiglaste, nagu Neptuun ja Uraan, pinna all. Lööklaine liigub vaid mõne nanosekundi, kuid see oli piisav aeg, et meeskond saaks kasutada röntgenivabade elektronlaserite femtosekundilisi impulsse, et teha "filme" šokiga kokkusurutud proovides toimuvatest keemilistest protsessidest.
"Kasutasime kahte peamist diagnostikameetodit, " ütleb Kraus. "Röntgendifraktsioon, mis näitas meile, et moodustuvad teemantkristallstruktuurid, ja väikese nurga röntgenikiirguse hajumine, mis andis kohapeal loodud teemantide suurusjaotus. Ta lisab, et nende kahe tehnika kombineerimine ühes katses on äärmiselt võimas viis keemiliste reaktsioonide iseloomustamiseks sellistes ekstreemsetes tingimustes.
Jäähiiglased ja plastpudelid
PET on sama materjal, mida kasutatakse plastpudelites, kuid antud juhul kasutati pigem lihtsat PET-kilet kui pudelites leiduvat paksemat materjali.
"Kasutasime PET-plasti, kuna see sisaldab segu kergetest elementidest, mis arvatakse olevat jäiste hiiglaslike planeetide peamised koostisosad: vesinik, süsinik, hapnik," ütleb Kraus. «Samas on PET stöhhiomeetriliselt süsiniku ja vee segu. Tahtsime tegeleda küsimusega, kas teemantide sadestumine võib toimuda süsiniku ja vesiniku lahustamisel hapniku juuresolekul.
Lisaks olulistele teadmistele nendel kaugetel planeetidel toimuvate keemiliste protsesside kohta annab uuring ka vihjeid selle kohta, kuidas jäähiiglased võivad magnetvälju moodustada. Maa magnetväli tekib vedela raua liikumisel meie planeedi välissüdamikus. Uraanil ja Neptuunil on väga erinevad magnetväljad, mis mõnede planeediteadlaste arvates tekitatakse superioonse vee toimel planeetide pinnale palju lähemal. Selles veevormis moodustavad hapnikuaatomid kristallvõre, mille kaudu vesinikioonid võivad voolata nagu vedelik ja tekitada seetõttu magnetvälju.
"Me ei näinud nendes katsetes otseseid tõendeid superioonse vee moodustumise kohta, kuna rõhk oli tõenäoliselt liiga madal, " ütleb Kraus. "Kuid täheldatud süsiniku ja vee segunemine viitab kindlasti superioonse vee tekkele sellistel planeetidel nagu Uraan ja Neptuun."
Tööstuslikud teemandid
Uuringud võivad avaldada olulist mõju ka teemantide tööstuslikule tootmisele.
"Meie katses saavutasid teemandid umbes 2–5 nm," ütleb Kraus. "See on vaid mõni 100 kuni paar 1000 süsinikuaatomit. See on rohkem kui 10,000 XNUMX korda väiksem kui juuksekarva paksus. Tuleb märkida, et meie katsetes on teemantidel kasvamiseks vaid nanosekundeid. Seetõttu on nad nii väikesed. Planeetidel kasvavad nad muidugi miljonite aastate jooksul palju suuremaks.
Superioonsed jääfaasid võivad seletada ebatavalisi magnetvälju Uraani ja Neptuuni ümber
Praeguse seisuga ei tooda selles katses kasutatud meetod piisavalt nanoteemante, et olla praktiline tööstuslik protsess. Siiski juhib Kraus tähelepanu sellele, et uus tehnika on palju puhtam kui praegune lõhkeainete kasutamise meetod tööstuslike nanoteemantide tootmiseks. Neid plahvatusohtlikke protsesse on raske kontrollida ja need on määrdunud võrreldes plastide laseršokiga kokkusurumisega. Kuigi on ebatõenäoline, et kaevame pudeleid prügilast välja, et need tööstuslikus mastaabis teemantideks muuta, usub Kraus, et see protsess võib muutuda palju tõhusamaks kui praegused meetodid.
"Praegu loome ühe laservõtte kohta vaid mõne mikrogrammi nanoteemante," ütleb Kraus. "Kuid nende laserite löögisageduse revolutsiooniline suurenemine peaks võimaldama makroskoopiliste koguste tootmist."
Uuringut kirjeldatakse artiklis Teadus ettemaksed.
