新しい研究は、ダイヤモンドの融解過程に対する理解を深め、レーザー駆動核融合におけるより高いエネルギー増加の実現に関連する可能性があります。ローレンスリバモア国立研究所（LLNL）の研究者たちは、地球の中心の3倍を超える圧力下でダイヤモンドがどのように融解するかを記録しました。LLNLの科学者マリウス・ミロット（Marius Millot）は、「私たちは微小なダイヤモンドサンプルを取り、太陽の表面よりも熱い温度、そして海王星や天王星の中心よりも高い圧力に衝撃圧縮し、その原子構造、温度、密度、光学反射率を測定することができました。」と述べています。
この研究は、この分野における2つの長年の矛盾を解決し、最終的に実験結果を量子力学に基づくシミュレーションと一致させました。プレスリリースによると、研究結果を慣性拘束融合に応用することでエネルギー増加が3倍になる可能性があり、ダイヤモンドの高圧相に関する新たな理解は惑星内部モデルを変えるかもしれません。研究者たちはまた、ダイヤモンドは単なる眩しい宝石ではなく、この非常に硬い炭素の形態が慣性拘束融合燃料を包む粒子を構成しており、科学者たちはそれが海王星や天王星などの氷の巨星の深部に存在すると信じています。この2つのケースでは、この材料は巨大な圧力を経験しています。
これまで、実験とシミュレーションは、このような条件下でのダイヤモンドの実際の挙動について意見が分かれていました。
研究が明らかにするダイヤモンド融解過程の新たな理解
チームはまた、LLNLがダイヤモンドの極端な挙動を数十年にわたって研究してきたことを指摘しました。実験室の科学者ジョン・エグレット（Jon Eggert）とその同僚たちは約20年前に高圧融解実験を開発し、ダイヤモンドが融解する際に密度が増加することを観察しました。ミロットは、「これはほとんどの材料にとって非常に珍しいことですが、私たちはこのような挙動の例を知っています。液体水の密度は氷よりも大きく、これが氷が浮く理由です。ジョンの発見は、高圧下でダイヤモンドが液体炭素に浮かぶことを意味します。」と述べています。この研究はこの分野において画期的な意義を持っていますが、さらに多くの問題を引き起こしました。
特に研究界を困惑させたのは、観察されたダイヤモンドの融解温度と予測値の間に約20%の差があることです。
ミロットは、「理論家がどのように計算しても、最先端のコンピュータシミュレーション技術を使用しても、実験を再現することはできませんでした。」と述べています。この研究は『ネイチャー』（Nature）に発表され、ダイヤモンドの融解温度に関する実験と理論シミュレーションの差を解決し、ダイヤモンドの構造が1 TPaまで持続することを示しました。これは、約1 TPaを超える圧力で炭素の熱力学的安定相として予測されるBC8への遷移に関する以前の報告と矛盾しています。研究結果は衝撃融解の証拠を提供し、約7300 K付近で圧力が増加するにつれて融解温度がわずかに低下することを示しています。
研究者たちは、「私たちの研究は、極端な条件下での凝縮物質の量子シミュレーションに対する原子スケールの基準を提供し、惑星内部に影響を与える可能性があります。ダイヤモンドの融解に関する理解の向上は、レーザー駆動核融合におけるより高いエネルギー増加の実現にも関連する可能性があります。」と述べています。