プラスチック片に強力なレーザーパルスを発射することで、ダイヤモンドがどのように形成され、海王星や天王星などの氷の巨大な惑星に降り注ぐかについての新しい洞察が得られました. ドイツ、フランス、米国の研究者による実験は、地球上でダイヤモンドを製造するためのより良い産業プロセスにもつながる可能性があります。
チームメンバー ドミニク・クラウス ロストック大学の教授らは、このグループが高エネルギーのパルス光レーザーを使用して衝撃圧縮波を PET プラスチックのフィルムに打ち込んだと説明しています。 波の圧力は地球の大気圧の約 XNUMX 万倍で、これは海王星や天王星のような氷の巨星の表面下数千キロの状況をシミュレートしています。 衝撃波は数ナノ秒しか移動しませんが、チームが X 線自由電子レーザーからのフェムト秒パルスを使用して、衝撃圧縮されたサンプル内の化学プロセスの「動画」を作成するのに十分な時間でした。
「私たちは XNUMX つの主要な診断技術を使用しました」と Kraus 氏は言います。 「ダイヤモンドの結晶構造が形成されていることを示したX線回折と、 その場 作成されたダイヤモンドのサイズ分布。」 彼は、XNUMX 回の実験でこれら XNUMX つの手法を組み合わせると、このような極端な条件下での化学反応を特徴付ける非常に強力な方法であると付け加えています。
氷の巨人とペットボトル
PETはペットボトルと同じ素材ですが、この場合、ボトルに見られる厚い素材ではなく、単純なPETフィルムが使用されました。
「私たちが PET プラスチックを使用したのは、氷のような巨大惑星の主な構成要素であると考えられている軽元素 (水素、炭素、酸素) の混合物が含まれているためです」と Kraus 氏は言います。 「同時に、PET は化学量論的に炭素と水の混合物です。 私たちは、酸素の存在下で炭素と水素が分離することによって、ダイヤモンドの析出が起こるかどうかという問題に取り組みたかったのです。」
この研究は、これらの遠方の惑星で発生する化学プロセスに関する重要な洞察を提供するだけでなく、氷の巨人がどのように磁場を形成できるかについての手がかりも提供します。 地球の磁場は、地球の外核の液体鉄の動きによって作られています。 天王星と海王星は非常に異なる磁場を持っており、一部の惑星科学者は、超イオン水によって惑星の表面に非常に近い場所で磁場が生成されていると考えています。 この形の水では、酸素原子が結晶格子を形成し、水素イオンが流体のように流れることができるため、磁場が発生します。
「おそらく圧力が低すぎたため、これらの実験では超イオン水が形成されたという直接的な証拠は見られませんでした」とKraus氏は言います。 「しかし、観測された炭素と水の分離は、天王星や海王星のような惑星での超イオン水の形成を確かに示しています。」
工業用ダイヤモンド
この研究は、ダイヤモンドの工業生産にも重要な意味を持つ可能性があります。
「私たちの実験では、ダイヤモンドは約 2 ～ 5 nm のサイズに達しました」と Kraus 氏は言います。 「これはほんの数百から数千個の炭素原子です。 これは、人間の髪の毛の太さの 100 分の 1000 以下です。 私たちの実験では、ダイヤモンドが成長するのにナノ秒しかないことに注意してください。 これが彼らがとても小さい理由です。 惑星ではもちろん、数百万年以内にはるかに大きくなります。」
超イオン氷相は天王星と海王星の異常な磁場を説明できる
現状では、この実験で使用された方法は、実用的な工業プロセスに近づくのに十分なナノダイヤモンドを生成しません. しかし、クラウス氏は、この新しい技術は、爆発物を使用して工業用ナノダイヤモンドを製造する現在の方法よりもはるかにクリーンであると指摘しています。 これらの爆発プロセスは、プラスチックのレーザー衝撃圧縮と比較して、制御が難しく、汚れています。 埋立地からボトルを掘り出して産業規模でダイヤモンドに変えることはまずありませんが、クラウス氏は、このプロセスが現在の方法よりもはるかに効率的になる可能性があると考えています.
「現在、レーザー ショットごとに数マイクログラムのナノダイヤモンドしか生成できません」と Kraus 氏は言います。 「しかし、これらのレーザーのショットレートの革命的な増加により、巨視的な量の生産が可能になるはずです。」
研究はで説明されています 科学の進歩.
