Erőteljes lézerimpulzusokkal műanyagdarabokra lőtt új betekintést nyert abba, hogy miként alakulhatnak ki gyémántok és hogyan hullhatnak le az olyan jégóriás bolygókon, mint a Neptunusz és az Uránusz. A németországi, franciaországi és amerikai kutatók kísérlete a gyémántgyártás jobb ipari folyamatához is vezethet a Földön.
Csapat tagja Dominik Kraus A Rostocki Egyetem munkatársa elmagyarázza, hogy a csoport energikus impulzusos optikai lézereket használt, hogy lökés-sűrítési hullámot vezessenek egy PET műanyag filmbe. A hullám nyomása körülbelül egymilliószorosa volt a Föld légköri nyomásának, ami néhány ezer kilométerrel a jégóriások, például a Neptunusz és az Uránusz felszíne alatti állapotokat szimulálja. A lökéshullám csak néhány nanomásodpercig terjed, de ez elég volt ahhoz, hogy a csapat röntgen-szabad elektronlézerek femtoszekundumos impulzusait felhasználva „filmeket” készítsen a lökésnyomott mintákon belüli kémiai folyamatokról.
„Két fő diagnosztikai technikát alkalmaztunk” – mondja Kraus. „Röntgendiffrakció, amely megmutatta, hogy gyémánt kristályszerkezetek képződnek, és kis szögű röntgenszórás, amely in situ a létrehozott gyémántok méret szerinti eloszlása.” Hozzáteszi, hogy e két technika egyetlen kísérletben történő kombinációja rendkívül hatékony módszer a kémiai reakciók jellemzésére ilyen szélsőséges körülmények között.
Jégóriások és műanyag palackok
A PET ugyanaz, mint a műanyag palackokban, de ebben az esetben egyszerű PET-fóliát használtak, nem pedig a palackokban található vastagabb anyagot.
„PET-műanyagokat használtunk, mert az olyan könnyű elemek keverékét tartalmazza, amelyekről úgy gondolják, hogy a jeges óriásbolygók fő alkotóelemei: hidrogén, szén, oxigén” – mondja Kraus. „Ugyanakkor a PET sztöchiometrikusan szén és víz keveréke. Azt a kérdést akartuk megválaszolni, hogy a gyémántkiválás megtörténhet-e a szén és a hidrogén oxigén jelenlétében történő szétkeverésével.
Amellett, hogy fontos betekintést nyújt az ezeken a távoli bolygókon előforduló kémiai folyamatokba, a kutatás támpontokat is ad arra vonatkozóan, hogy a jégóriások hogyan tudnak mágneses mezőket létrehozni. A Föld mágneses mezejét a bolygónk külső magjában lévő folyékony vas mozgása hozza létre. Az Uránusz és a Neptunusz mágneses mezője nagyon eltérő, egyes bolygókutatók szerint ezeket a szuperionos víz sokkal közelebb hozza létre a bolygók felszínéhez. Ebben a vízformában az oxigénatomok kristályrácsot alkotnak, amelyen keresztül a hidrogénionok folyadékként áramolhatnak, és ezért mágneses mezőket hoznak létre.
"Nem láttunk közvetlen bizonyítékot a szuperionos víz képződésére ezekben a kísérletekben, mivel a nyomás valószínűleg túl alacsony volt" - mondja Kraus. "A szén és a víz megfigyelt szétkeveredése azonban minden bizonnyal a szuperionos víz kialakulására utal az olyan bolygókon, mint az Uránusz és a Neptunusz."
Ipari gyémántok
A kutatás a gyémántok ipari előállítására is jelentős hatással lehet.
„Kísérletünkben a gyémántok körülbelül 2–5 nm-es méretet értek el” – mondja Kraus. „Ez csak néhány 100-néhány 1000 szénatom. Ez több mint 10,000 XNUMX-szer kisebb, mint egy emberi hajszál vastagsága. Meg kell jegyezni, hogy kísérleteinkben a gyémántoknak csak nanoszekundumuk van a növekedéshez. Ezért olyan kicsik. A bolygókon természetesen évmilliókon belül sokkal nagyobbra fognak nőni.”
A szuperionos jégfázisok magyarázatot adhatnak az Uránusz és a Neptunusz körüli szokatlan mágneses mezőkre
Jelenlegi állapotában a kísérletben használt módszer nem termel annyi nanogyémántot, hogy megközelítse a gyakorlati ipari folyamatot. Kraus azonban rámutat, hogy az új technika sokkal tisztább, mint az ipari nanogyémántok előállításához használt robbanóanyagok jelenlegi módszere. Ezek a robbanásveszélyes folyamatok nehezen ellenőrizhetők és piszkosak a műanyagok lézersokk-kompressziójához képest. Bár nem valószínű, hogy palackokat ásunk ki a szemétlerakóból, hogy ipari méretekben gyémántot készítsünk belőlük, Kraus úgy véli, ez a folyamat sokkal hatékonyabbá válhat, mint a jelenlegi módszerek.
„Jelenleg csak néhány mikrogramm nanogyémántot hozunk létre lézeres felvételenként” – mondja Kraus. "De a lézerek lövési sebességének forradalmi növekedése lehetővé teszi makroszkopikus mennyiségek előállítását."
A kutatás leírása a Tudomány előlegek.
