Almaz gözəlliyi ilə məşhurdur, lakin onun dəyəri zərgərlikdən daha da genişlənir. Bu olduqca sərt karbon forması inertial məhdudlaşdırma termoyadroviy təcrübələrində yanacaq saxlayan kiçik kapsulaların hazırlanmasında istifadə olunur. Alimlər həmçinin almazların Neptun və Uran kimi buz nəhəng planetlərinin səthlərinin çox altında yağış kimi əmələ gələ və yağa biləcəyini düşünürlər.

Hər iki mühitdə almaz böyük təzyiqə məruz qalır. Lakin tədqiqatçılar illərdir materialın bu cür ekstremal şəraitdə necə reaksiya verdiyini dəqiq müəyyən etmək üçün mübarizə aparırlar, çünki laboratoriya ölçmələri və kompüter simulyasiyaları ziddiyyətli nəticələr verib.

“Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş yeni bir araşdırma nəhayət ki, bu problemi həll edə bilər. Lourens Livermor Milli Laboratoriyasının (LLNL) tədqiqatçıları almazın Yerin nüvəsindəki təzyiqdən üç dəfə çox təzyiqdə necə əridiyini ölçdülər.

“Kiçik almaz nümunələri götürüb onları günəşin səthindən daha isti temperaturlara və Neptun və Uranın mərkəzindən daha yüksək təzyiqlərə qədər şokla sıxışdıra bildik və yenə də atom quruluşunu, temperaturunu, sıxlığını və optik əks etdirmə qabiliyyətini ölçə bildik”, – müəllif və LLNL alimi Marius Millot bildirib.

Nəticələr almaz tədqiqatlarında uzun müddətdir davam edən iki uyğunsuzluğu aradan qaldırır və eksperimental ölçmələri kvant mexanikasına əsaslanan simulyasiyalarla yaxınlaşdırır. Tapıntıların həmçinin mühüm praktik nəticələri ola bilər. Onların inertial məhdudlaşdırma birləşməsinə tətbiqi tədqiqatçılara enerji qazancını üçqat artırmağa imkan verə bilər, almazın yüksək təzyiqdə davranışının daha aydın mənzərəsi isə planetlərin daxili modellərini təkmilləşdirə bilər.

20 İllik Almaz Ərimə Sirri

LLNL tədqiqatçıları on illərdir ki, ekstremal şəraitdə almazları araşdırırlar. Təxminən 20 il əvvəl laboratoriya alimi Con Eqqert və həmkarları yüksək təzyiqdə almaz əriməsi üzrə qabaqcıl təcrübələr aparıblar. Onların işi qeyri-adi bir müşahidə ortaya çıxardı: almaz əridikcə daha sıx olur.

LLNL alimi Marius Millot bildirib ki, “Bu, əksər materiallar arasında olduqca qeyri-adi olsa da, hamımız belə bir davranış nümunəsini bilirik. Maye su buzdan daha sıxdır və bu da buz kublarını üzməyə məcbur edir. Conun kəşfi o deməkdir ki, almaz yüksək təzyiqlərdə maye karbonda üzəcək.”

Təcrübələr mühüm bir irəliləyiş olsa da, eyni zamanda böyük bir tapmaca da yaratdı. Laboratoriyada ölçülən ərimə temperaturu nəzəri modellər tərəfindən proqnozlaşdırılan temperaturdan təxminən 20% fərqləndi.

Millot dedi: “Nəzəriyyəçilər nə etsələr də – hətta ən qabaqcıl kompüter simulyasiya texnikaları ilə belə – təcrübələri təkrarlaya bilmədilər”.

Sandia Milli Laboratoriyalarında aparılan təcrübələrdən sonra cavabsız qalan başqa bir sual ortaya çıxdı. Oradakı tədqiqatçılar kiçik almaz nümunələrini şok vəziyyətində sıxışdırmaq üçün Z maşınının güclü maqnit sahələrindən istifadə etdilər. Ölçmələr almazın tamamilə maye karbona çevrilməzdən əvvəl başqa bir kristal quruluşdan keçə biləcəyini göstərən siqnallar yaratdı.

Kompüter simulyasiyaları bu təfsiri dəstəklədi. Lakin tədqiqatçılar sıxılmış materialın atom quruluşunu birbaşa müşahidə edə bilməmişdilər və bu da təklif olunan aralıq fazanı təsdiqlənməmiş qoymuşdu.

Lazerlər almaz əriyəndə nə baş verdiyini göstərir

Hər iki sirri araşdırmaq üçün LLNL komandası Roçester Universitetinin Lazer Energetikası Laboratoriyasında (LLE) lazerlə idarə olunan dinamik sıxılma təcrübələri aparıb.

Omega Lazer Müəssisəsində tədqiqatçılar kiçik bir nümunənin xarici təbəqəsini buxarlandırmaq üçün intensiv lazer enerjisindən istifadə etdilər. Bu proses içərisindəki almazda güclü bir sıxıcı şok dalğası yaratdı.

Dəqiq ölçmələr toplamaq xüsusilə çətin idi, çünki həddindən artıq təzyiq şəraiti saniyənin milyardda biri qədər davam etdi. Bu qısa müddət ərzində tədqiqatçılar materialın bir neçə xüsusiyyətini, o cümlədən onun atom düzülüşünü aşkar edə bilən rentgen difraksiya ölçmələrini qeyd etməli oldular.

Millot dedi: “Bu, şokla sıxılmış almazın əriməyə qədər rentgen difraksiyası ilə zondlanmasının ilk dəfə idi. Bu ölçmələr olduqca çətindir, çünki karbon kiçik və yüngül atomdur. O, çox az rentgen şüası səpələyir, ona görə də ölçmək üçün lazım olan siqnal olduqca zəif idi.”

LLE-dəki tədqiqatçılar bu ölçmələri mümkün edən təkmilləşdirilmiş diaqnostik avadanlıqların hazırlanmasına və saxlanılmasına kömək etdilər. Yeni alətlərdən istifadə edərək, komanda təxminən iyirmi ildir davam edən fikir ayrılığını həll edərək kompüter simulyasiyalarına demək olar ki, mükəmməl uyğunlaşan yenilənmiş ərimə temperaturu əldə etdi.

Eggert bildirib ki, “İlkin temperatur ölçmələrimizin 1000 dərəcədən çox fərqlə olduğunu aşkar etmək məyusedici olsa da, yeni diaqnostikamızla məlumatların keyfiyyətində belə kəskin bir irəliləyiş görmək həyəcanvericidir. Daha da yaxşısı, ərimə ilə bağlı ilkin nəticəmiz artıq birbaşa rentgen difraksiyası ilə təsdiqlənib.”

Almaz əriyənə qədər almaz olaraq qalır

Təcrübələr ərimə temperaturu uyğunsuzluğunu aradan qaldırdı, lakin Sandia nəticələri ilə bağlı suala fərqli bir cavab verdi.

Karbon əriməzdən əvvəl başqa bir kristal fazaya çevrilmək əvəzinə, almaz quruluşunu maye vəziyyətinə qədər saxladı. Təcrübə zamanı heç bir ara faza meydana gəlmədi.

“Biz düşünürük ki, bu, nümunənin yalnız bir zərbə ilə dəyişməyə vaxtı olmaması ilə bağlıdır. O, almaz strukturunda “tələyə” düşmüş qalır”, – Millot bildirib.

Bu fərq, son dərəcə yüksək enerji sıxlığında olan materialları əhatə edən gələcək təcrübələr və simulyasiyalar üçün əhəmiyyətli ola bilər. Nəticələr göstərir ki, zərbənin necə verildiyi materialın reaksiyasına təsir göstərə bilər. Təkcə təzyiq və temperatur materialın hansı quruluşu qəbul etdiyini müəyyən etməyə bilər.

Almaz Fizikası Füzyon Enerjisini Yaxşılaşdıra Bilər

Nəzəriyyə və təcrübə arasındakı yeni razılaşma inertsial məhdudlaşdırma birləşmə tədqiqatları üçün dərhal əhəmiyyət kəsb edir.

Bu təcrübələrdə güclü lazerlər kiçik bir almaz kapsulu partlamağa məcbur edən şok dalğaları yaradır. Çökən kapsul, ərinti yanacağını ərinti reaksiyaları üçün tələb olunan fövqəladə təzyiq və temperatura qədər sıxışdırır.

İlkin şok zamanı vacib məqsədlərdən biri almazı hamar, vahid bir maye halına gətirməkdir. Partlamadakı qeyri-bərabərliklər sıxılma prosesinə mane ola və nəticədə yaranan birləşmə reaksiyasını zəiflədə bilər.

Almaz kapsulunun tamamilə əriməsini təmin etmək üçün LLNL-in Milli Alovlandırma Müəssisəsinin (NIF) alimləri adətən nisbətən güclü ilkin şokdan istifadə edirlər.

Yeni ölçmələr göstərir ki, bu ilk şok əvvəllər düşünüldüyü qədər güclü olmaya bilər.

“İşimiz göstərir ki, bir az daha yavaş ilkin zərbələrdən istifadə edə və yenə də NIF partlayışlarımızda almazın tam əriməsinə nail ola bilərik”, – deyə Millot bildirib. “Bu, həyəcanvericidir, çünki belə daha yavaş zərbə termonüvə yanacağını daha sıxışdırıla bilən hala gətirərdi. Bu da öz növbəsində eyni lazer enerjisi ilə əldə edə biləcəyimiz maksimum enerji məhsuldarlığını artırır.”

Modellər, tədqiqatçıların performansı azaldan digər prosesləri nəzarət altında saxlaya biləcəyi müddətcə, bu daha yavaş şokların istifadəsinin potensial olaraq üçqat arta biləcəyini proqnozlaşdırır.

Buz Nəhənglərinin İçərisində Almaz Yağışı Haqqında Yeni İpucları

Bu tapıntılar, həmçinin alimlərə Neptun və Uranın dərinliklərində nələrin baş verdiyini anlamağa kömək edə bilər.

Tədqiqatçılar bu buz nəhənglərinin daxili hissələrini birbaşa müşahidə edə bilmirlər, buna görə də səthlərinin altındakı ekstremal şəraiti yenidən qurmaq üçün laboratoriya təcrübələrinə və kompüter modellərinə çox güvənirlər.

Bəzi tədqiqatlar göstərir ki, karbon bu planetlərin dərinliklərində almazlara çevrilə bilər. Daha sonra həmin almazlar onun içərisinə çökərək alimlərin təsvir etdiyi “almaz yağışı” yarada bilər.

Yeni təcrübələr almazı buz nəhənglərinin içərisində gözləniləndən daha yüksək təzyiqlərdə araşdırdığı üçün təkmilləşdirilmiş ərimə ölçmələri planet alimlərinə Neptun və Uranın necə əmələ gəldiyini və onların daxili quruluşunun necə təkamül etdiyini modelləşdirmək üçün daha güclü bir təməl verir.

Diamond-u daha da böyük həddə çatdırmaq

LLNL komandası indi NIF-in eksperimental imkanlarından istifadə edərək, çoxaldılması daha çətin olan şəraitdə almazları tədqiq etməyi planlaşdırır.

Gələcək işlərdə almaz kapsulalarının birləşmə partlayışının sonrakı mərhələlərində necə davrandığı və materialın bir sıra çoxsaylı şok dalğalarına məruz qaldıqda almaz kristal quruluşunun nə qədər sabit qala biləcəyi araşdırılacaq.

Digər LLNL müəllifləri arasında Federica Coppari, Amy Lazicki, Yong-Jae Kim, Otto Landen, Vladimir Smalyuk və Peter Celliers var. LLNL-in hədəf istehsal mütəxəssisi Renee Posadas və HED Elm Mərkəzi Texnologiya Müəssisəsindən Eric Folsom da işə töhfə verib. Bu tədqiqat LLNL-in Laboratoriya Yönləndirilmiş Tədqiqat və İnkişaf proqramı tərəfindən dəstəklənib.