Tehokkaiden laserpulssien ampuminen muovipaloihin on antanut uusia näkemyksiä siitä, kuinka timantit voivat muodostua ja sataa jääjättiplaneetoille, kuten Neptunukselle ja Uranukselle. Saksan, Ranskan ja Yhdysvaltojen tutkijoiden kokeilu voisi myös johtaa parempaan teolliseen prosessiin timanttien valmistamiseksi täällä maan päällä.
Tiimin jäsen Dominik Kraus Rostockin yliopistossa kertoo, että ryhmä käytti energisiä pulssi-optisia lasereita ajaakseen iskupuristusaallon PET-muovikalvoon. Aallon paine oli noin miljoona kertaa Maan ilmanpaine, mikä simuloi olosuhteita muutaman tuhannen kilometrin päässä jääjättiläisten, kuten Neptunuksen ja Uranuksen, pinnan alla. Iskuaalto kulkee vain muutaman nanosekunnin, mutta se riitti, että ryhmä käyttää röntgenvapaiden elektronilaserien femtosekuntipulsseja tehdäkseen "elokuvia" iskupuristettujen näytteiden sisällä olevista kemiallisista prosesseista.
"Käytimme kahta päädiagnostiikkatekniikkaa", Kraus sanoo. "Röntgendiffraktio, joka osoitti meille, että timanttikiderakenteita muodostuu, ja pienikulmainen röntgensironta, joka tarjosi in situ luotujen timanttien kokojakauma." Hän lisää, että näiden kahden tekniikan yhdistäminen yhdessä kokeessa on erittäin tehokas tapa karakterisoida kemiallisia reaktioita tällaisissa äärimmäisissä olosuhteissa.
Jääjättiläisiä ja muovipulloja
PET on samaa materiaalia, jota käytetään muovipulloissa, mutta tässä tapauksessa käytettiin yksinkertaista PET-kalvoa pullojen paksumman materiaalin sijaan.
"Käytimme PET-muovia, koska se sisältää kevyiden alkuaineiden seoksen, jonka uskotaan olevan jäisten jättimäisten planeettojen pääainesosat: vetyä, hiiltä, happea", Kraus sanoo. ”Samalla PET on stoikiometrisesti hiilen ja veden seos. Halusimme käsitellä kysymystä siitä, voiko timanttien saostua tapahtua poistamalla hiiltä ja vetyä hapen läsnä ollessa."
Sen lisäksi, että tutkimus tarjoaa tärkeitä näkemyksiä näillä kaukaisilla planeetoilla tapahtuvista kemiallisista prosesseista, tutkimus tarjoaa myös vihjeitä siitä, kuinka jääjättiläiset voivat muodostaa magneettikenttiä. Maan magneettikenttä syntyy nestemäisen raudan liikkeestä planeettamme ulkoytimessä. Uranuksella ja Neptunuksella on hyvin erilaiset magneettikentät, jotka joidenkin planeettatieteilijöiden mukaan superionivesi synnyttää paljon lähempänä planeettojen pintoja. Tässä vesimuodossa happiatomit muodostavat kidehilan, jonka läpi vetyionit voivat virrata nesteen tavoin ja muodostaa siten magneettikenttiä.
"Emme ole nähneet suoria todisteita superionisen veden muodostumisesta näissä kokeissa, koska paine oli luultavasti liian alhainen", Kraus sanoo. "Havaittu hiilen ja veden sekoittuminen viittaa kuitenkin varmasti superionisen veden muodostumiseen Uranuksen ja Neptunuksen kaltaisilla planeetoilla."
Teolliset timantit
Tutkimuksella voi myös olla merkittäviä vaikutuksia timanttien teolliseen tuotantoon.
"Kokeessamme timantit saavuttivat noin 2–5 nm:n kokoa", Kraus sanoo. "Tämä on vain muutama 100 - muutama 1000 hiiliatomia. Se on yli 10,000 XNUMX kertaa pienempi kuin ihmisen hiuksen paksuus. On huomattava, että kokeissamme timanteilla on vain nanosekuntia kasvaa. Siksi ne ovat niin pieniä. Planeetoilla ne kasvavat tietysti paljon suuremmiksi miljoonien vuosien sisällä.
Superioniset jääfaasit voisivat selittää epätavalliset magneettikentät Uranuksen ja Neptunuksen ympärillä
Tässä kokeessa käytetty menetelmä ei sellaisenaan tuota tarpeeksi nanotimantteja, jotta se olisi lähellä käytännöllistä teollista prosessia. Kraus kuitenkin huomauttaa, että uusi tekniikka on paljon puhtaampi kuin nykyinen menetelmä käyttää räjähteitä teollisten nanotimanttien tuottamiseen. Näitä räjähtäviä prosesseja on vaikea hallita ja ne ovat likaisia verrattuna muovien lasershokkipuristukseen. Vaikka on epätodennäköistä, että kaivamme pulloja ulos kaatopaikalta muuttaaksemme niistä timantteja teollisessa mittakaavassa, Kraus uskoo, että tästä prosessista voi tulla paljon tehokkaampi kuin nykyiset menetelmät.
"Tällä hetkellä luomme vain muutaman mikrogramman nanotimantteja laserlaukausta kohti", Kraus sanoo. "Mutta näiden laserien laukausnopeuden vallankumouksellinen kasvu mahdollistaa makroskooppisten määrien tuotannon."
Tutkimusta kuvataan Tiede ennakot.
