Nükleer füzyonun geleceğini şekillendiren Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndaki Ulusal Ateşleme Tesisi (NIF) gibi araştırma merkezlerinde, döteryum ve trityum yakıtını barındıran elmas kapsüller güçlü lazerlerle aşırı basınç altında sıkıştırılıyor. Amaç, yakıtı nükleer füzyonun gerçekleşmesi için gerekli yüksek sıcaklık ve basınca maruz bırakmak.
Ancak San Diego ekibinin son araştırması, bu koşullarda elmas kapsüllerin yapısal kusurlar geliştirdiğini gösterdi. Bilim insanları, “Bulgular, daha düzgün içe patlamalar ve daha yüksek enerji çıktısı için kapsül tasarımlarının iyileştirilmesine rehberlik edecek” dedi.
KAPSÜLLERDE ŞOK DALGASI
Çalışmada, yüksek güçlü darbeli lazerlerle elmaslarda meydana gelen şok dalgaları incelendi. Bu dalgalar, sadece bir nanosaniye içinde, malzeme içerisinde yoğun basınç ve yüksek kesme gerilimleri oluşturuyor. Sonuçlar, 69 gigapaskal (GPa) basınçta elmasın yalnızca elastik şekilde deforme olduğunu ve kusursuz yapısını koruduğunu gösterdi.
Fakat 115 GPa seviyesinde, elmaslarda istifleme hataları, çıkıklar ve ikizler gibi yapısal kusurlar oluştuğu belirlendi. Elde edilen bu bulgular, füzyon deneylerinde kapsülün içe patlama simetrisini bozarak enerji verimini düşürebileceğine işaret ediyor.
AMORFİZASYON VE KRİSTAL ÇÖKÜŞÜ
Araştırma, ayrıca şok dalgası etkisiyle elmaslarda ‘amorfizasyon’ adı verilen, kristal düzenin tamamen bozulduğu yeni bir yapısal dönüşümün ilk kez laboratuvar ortamında gözlendiğini ortaya koydu. Bu, daha önce sadece bilgisayar simülasyonlarında öngörülmüş bir fenomendi.
Çalışmada, “Hidrostatik basınca eklenen kayma gerilmelerinin faz değişimlerinde ve katı hal amorfizasyonunda anahtar rol oynadığı” vurgulandı. Elmasın atomik paketleme faktörünün metallerden çok daha düşük olması, kristalin bu kadar kolay çöktüğünü açıklıyor.
FÜZYONUN GELECEĞİNE YENİ BAKIŞ
Bilim insanları, elde ettikleri verilerin daha hassas bilgisayar modelleri geliştirilmesine ve hem elmas hem de diğer kovalent bağlı malzemelerin yüksek basınç altındaki davranışlarının daha iyi anlaşılmasına katkı sunacağını belirtiyor.
Uzmanlar, bu tür kusurların nasıl ve neden oluştuğuna dair daha derin bir anlayışın, gelecekteki füzyon kapsüllerinin tasarımında enerji verimliliğini artıracak yenilikçi yaklaşımlara öncülük edebileceğini vurguluyor.
