Plastik parçalarına güçlü lazer darbeleri ateşlemek, elmasların Neptün ve Uranüs gibi buz devi gezegenlerde nasıl oluşup yağabileceğine dair yeni bilgiler sağladı. Almanya, Fransa ve ABD'deki araştırmacılar tarafından yapılan deney, burada Dünya'da elmas yapmak için daha iyi bir endüstriyel sürece de yol açabilir.
Takım üyelerinin Dominik Kraus Rostock Üniversitesi'nde, grubun bir şok sıkıştırma dalgasını bir PET plastik filme yönlendirmek için enerjik darbeli optik lazerler kullandığını açıklıyor. Dalganın basıncı, Neptün ve Uranüs gibi buz devlerinin yüzeyinin birkaç bin kilometre altındaki koşulları simüle eden, Dünya'nın atmosferik basıncının yaklaşık bir milyon katıydı. Şok dalgası yalnızca birkaç nanosaniye hareket eder, ancak bu, ekibin şokla sıkıştırılmış numunelerdeki kimyasal süreçlerin "filmlerini" yapmak için X-ışını serbest elektron lazerlerinden femtosaniye darbeleri kullanması için yeterli zamandı.
Kraus, "İki ana teşhis tekniği kullandık" diyor. "Bize elmas kristal yapıların oluştuğunu gösteren X-ışını kırınımı ve küçük açılı X-ışını saçılması, in-situ oluşturulan elmasların boyut dağılımı.” Bu iki tekniğin tek bir deneyde birleştirilmesinin, bu tür aşırı koşullar altında kimyasal reaksiyonları karakterize etmenin son derece güçlü bir yolu olduğunu ekliyor.
Buz devleri ve plastik şişeler
PET, plastik şişelerde kullanılanla aynı malzemedir, ancak bu durumda, şişelerde bulunan daha kalın malzeme yerine basit bir PET film kullanılmıştır.
Kraus, “Buzlu dev gezegenlerin ana bileşenleri olduğu düşünülen hafif elementlerin bir karışımını içerdiği için PET plastik kullandık: hidrojen, karbon, oksijen” diyor. "Aynı zamanda PET, stokiyometrik olarak bir karbon ve su karışımıdır. Oksijen varlığında karbon ve hidrojenin karıştırılması yoluyla elmas çökeltmesinin gerçekleşip gerçekleşemeyeceği sorusunu ele almak istedik.”
Araştırma, bu uzak gezegenlerde meydana gelen kimyasal süreçler hakkında önemli bilgiler sağlamanın yanı sıra, buz devlerinin nasıl manyetik alanlar oluşturabileceğine dair ipuçları da sağlıyor. Dünyanın manyetik alanı, gezegenimizin dış çekirdeğindeki sıvı demirin hareketiyle yaratılır. Uranüs ve Neptün, bazı gezegen bilim adamlarının süper iyonik su tarafından gezegenlerin yüzeylerine çok daha yakın üretildiğine inandıkları çok farklı manyetik alanlara sahiptir. Bu su biçiminde oksijen atomları, içinden hidrojen iyonlarının bir sıvı gibi akabileceği ve dolayısıyla manyetik alanlar oluşturabileceği bir kristal kafes oluşturur.
Kraus, "Basınç muhtemelen çok düşük olduğundan, bu deneylerde süper iyonik su oluşumuna dair doğrudan kanıt görmedik" diyor. "Ancak, karbon ve suyun gözlenen karışması kesinlikle Uranüs ve Neptün gibi gezegenlerde süper iyonik su oluşumuna işaret ediyor."
Endüstriyel elmaslar
Araştırma, elmasların endüstriyel üretimi için de önemli etkilere sahip olabilir.
Kraus, "Deneyimizde elmaslar yaklaşık 2-5 nm boyutlarına ulaştı" diyor. "Bu sadece birkaç 100 ila birkaç 1000 karbon atomu. Bu, bir insan saçının kalınlığından 10,000 kat daha küçük. Deneylerimizde elmasların büyümesi için sadece nanosaniyelere sahip olduğuna dikkat edilmelidir. Bu yüzden çok küçükler. Gezegenlerde, elbette milyonlarca yıl içinde çok daha büyüyecekler.”
Süper iyonik buz evreleri, Uranüs ve Neptün çevresindeki olağandışı manyetik alanları açıklayabilir
Mevcut haliyle, bu deneyde kullanılan yöntem, pratik bir endüstriyel süreç olmaya yaklaşmak için yeterli nanoelmas üretmiyor. Ancak Kraus, yeni tekniğin, endüstriyel nano elmaslar üretmek için mevcut patlayıcı kullanma yönteminden çok daha temiz olduğuna dikkat çekiyor. Bu patlayıcı işlemlerin, plastiklerin lazer şoklu sıkıştırmasına kıyasla kontrol edilmesi zordur ve kirlidir. Şişeleri endüstriyel ölçekte elmasa dönüştürmek için çöplükten çıkarmamız pek olası olmasa da Kraus, bu sürecin mevcut yöntemlerden çok daha verimli hale gelebileceğine inanıyor.
Kraus, "Şu anda lazer atışı başına yalnızca birkaç mikrogram nano elmas oluşturuyoruz" diyor. "Fakat bu lazerlerin atış hızlarındaki devrim niteliğindeki artış, makroskopik niceliklerin üretilmesine izin vermelidir."
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilim Gelişmeler.
