Bilim adamları bir lazer kullanarak plastiği elmasa dönüştürüyor

    Bazı bilim adamları, atmosferleri göz önüne alındığında, Uranüs ve Neptün gibi buzlu gezegenlerde, kelimenin tam anlamıyla elmas yağmuru yağdığını öne sürüyorlar. Kanıt hiçbir zaman sağlanmadıysa, son zamanlarda araştırmacılar basit plastik şişeler kullanarak bu buz gezegenlerinin içini simüle etmek için lazer darbeleri kullandılar. Nanodiamonds üretmek için yeni bir süreç ortaya çıkardılar. Astrofizikte, aynı zamanda endüstriyel alanda ve kuantum hesaplamada kesin bir ilerleme.

    Neptün ve Uranüs gibi buz devi gezegenler galaksimizde çok bol miktarda bulunur. . Bilim adamları, bu gök cisimlerinin iç kısmının çoğunlukla yoğun bir su, metan ve amonyak karışımından oluştuğuna inanıyor. Bu gezegenlerin çekirdeklerindeki yüksek basınç ve sıcaklıklar nedeniyle, malzemelerin karışımı muhtemelen kimyasal reaksiyonlara ve yapısal geçişlere maruz kalıyor.

    Bu reaksiyonların bir örneği, bir ısı kaynağı olarak hareket edebilen ve buz devleri üzerindeki benzersiz manyetik alanların oluşumunu açıklamaya yardımcı olabilecek elmasların ve muhtemelen metalik hidrojen veya süper iyonik suyun oluşumuna izin veren hidrokarbonların olası ayrışmasıdır .

    Uranüs ve Neptün'de neler olduğunu anlamak için bunun gibi durumların laboratuvarda kısaca simüle edilebileceğini bilmelisiniz: güçlü lazer darbeleri film benzeri bir malzeme örneğine çarpar, sadece birkaç saniyede 6000 santigrat dereceye kadar ısıtır. ve malzemeyi atmosferik basıncın bir milyon katı ile birkaç nanosaniye sıkıştıran bir şok dalgası üretir.

    Ancak deneyler, oksijen içeren gezegenlerin iç kısımlarını yalnızca kısmen simüle ediyor. Ancak, mevcut deneylerde dikkate alınmaz. Son zamanlarda, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Rostock Üniversitesi ve Fransız École Polytechnique liderliğindeki uluslararası bir ekip, güçlü bir lazer ışını ile vurdukları plastik şişelerin yapıldığı polimer olan PET örneklerini kullandı. . Bilim adamları daha sonra aşırı basınç altında nanoelmas adı verilen küçük elmasların oluşumunu gözlemlediler. Bulguları Science Advances dergisinde yayınlandı .

Oksijen varlığı sayesinde oluşturulan elmaslar ve su

    Daha önce bahsedildiği gibi, sözde klasik hidrokarbon filmleri kullanarak, buz devleri sadece karbon ve hidrojen değil, aynı zamanda büyük miktarda oksijen de içerdiğinden, gezegenlerin içini simüle etmek sadece kısmen mümkün oldu.

    Uygun bir film malzemesi ararken araştırma grubu PET'e baktı. HZDR'de fizikçi ve Rostock Üniversitesi'nde profesör olan Dominik Kraus yaptığı açıklamada : "  PET, buz gezegenlerinin aktivitesini simüle etmek için iyi bir karbon, hidrojen ve oksijen dengesine sahiptir  ."

    Ekip, yeni malzemeyi test etmek için deneylerini, güçlü bir lineer hızlandırıcı tabanlı X-ışını lazeri olan Linac Tutarlı Işık Kaynağının (LCLS) bulunduğu Kaliforniya'daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda gerçekleştirdi. Bunu, aynı anda iki ölçüm yöntemini kullanarak bir PET filme çarpan yoğun lazer flaşlarının sonucunu analiz etmek için kullandılar: Nano elmasların üretilip üretilmediğini belirlemek için X-ışını kırınımı ve üretilen malzemelerin yapısal analizi için küçük açılı saçılma olarak adlandırılan.

    Burada oksijen, elmas oluşturan reaksiyonlarda hayati bir rol oynadı, Dominik Kraus'un açıkladığı gibi: "  Oksijen etkisi, karbon ve hidrojenin ayrılmasını hızlandırmak ve böylece nano elmas oluşumunu teşvik etmekti  ". Şöyle ekliyor: "  Bu, karbon atomlarının daha kolay birleşip elmasları oluşturabileceği anlamına geliyordu  ."

    Bu sonuçlar, bilim adamlarının buz devlerinin atmosferlerindeki elmas yağmuruna ilişkin hipotezini doğrulamaktadır. Bulgular muhtemelen sadece Uranüs ve Neptün ile değil, aynı zamanda galaksideki sayısız diğer gezegenle de alakalı. Bu buz devleri bir zamanlar nadir görülürken, şimdi muhtemelen güneş sistemi dışındaki en yaygın gezegen türü oldukları açık görünüyor.

    Ek olarak ekip, elmaslarla birlikte su üretimi olasılığının da alışılmadık bir şekilde olduğunu kaydetti. Dominik Kraus şöyle diyor: “  Sözde süper iyonik su oluşmuş olabilir. Oksijen atomları, hidrojen çekirdeklerinin serbestçe hareket ettiği bir kristal kafes oluşturur  . Sonuç olarak, çekirdekler elektrik yüklü olduğundan, süper iyonik su elektrik akımını iletebilir ve böylece buz devlerinin manyetik alanını oluşturmaya yardımcı olabilir.

    Ancak deneylerinde araştırma grubu, elmaslarla karışımda süper iyonik suyun varlığını kesin olarak kanıtlayamadı. Bu, dünyanın en güçlü X-ray lazeri olan Hamburg'daki European XFEL'deki Rostock Üniversitesi ile yakın işbirliği içinde gerçekleşmelidir.

    Astrofizikteki bu temel bilgiye ek olarak, yeni deney aynı zamanda teknik bir uygulama için umutları da beraberinde getiriyor: aşındırıcılar ve cilalama maddelerinde zaten bulunan nanometrik boyutlu elmasların kişiye özel üretimi. Gelecekte, örneğin CO2'yi ayırmak için oldukça hassas kuantum sensörleri , tıbbi kontrast maddeleri ve reaksiyon hızlandırıcıları olarak kullanılmaları bekleniyor . Dominik Kraus şöyle açıklıyor: “  Şimdiye kadar bu tür elmaslar esas olarak patlama ile üretildi. Lazer flaşlar yardımıyla çok daha temiz bir şekilde yapılabilirler .”

    Son olarak, bilim adamları, potansiyel bir geri dönüşüm kanalı olan ucuz PET plastiklerin basit lazer şoku sıkıştırmasıyla nanoelmas üretmenin bir yolunu öneriyorlar. Somut olarak, yüksek performanslı bir lazer, ışınla saniyenin onda biri aralıklarla aydınlatılan bir PET film üzerinde saniyede on flaş patlatır. Böylece nano elmaslar filmden "dışarı atladılar" ve suyla dolu bir toplama tankına indiler. Orada yavaşlarlar ve daha sonra filtrelenebilir ve verimli bir şekilde hasat edilebilirler.

    Dominik Kraus, patlayıcılarla üretime kıyasla bu yöntemin kesin avantajı konusunda şu sonuca varıyor: “  nanoelmaslar ölçülü olarak kesilebilir ve hatta diğer atomlarla katkılanabilir. X-ışını lazeri, elmasların büyümesini tam olarak kontrol edebilen bir laboratuvar aracımız olduğu anlamına geliyor .”