El carboni líquid, que podria trobar-se a l'interior dels planetes gegants, exercix un paper important en el desenrotllament de tecnologies futures de fusió nuclear, una font d'energia neta i quasi il·limitada. No obstant això, fins a la data se sabia molt poc sobre el carboni en la seua forma líquida, ja que en eixe estat era pràcticament impossible estudiar-lo en el laboratori. A pressió ambient el carboni no es funde, sinó que passa immediatament a l'estat gasós, i només a elevades pressions i temperatures el carboni es torna líquid.
Se sap que la compressió làser és capaç de convertir el carboni sòlid en líquid en fraccions de segon. “El repte consistix a utilitzar estes fraccions de segon per a realitzar mesuraments i, d'una forma abans inimaginable, això s'ha fet realitat utilitzant el DIPOLE 100-X, un làser d'alta energia que permet crear condicions amb pressions de fins a 10.000 tones per centímetre quadrat i temperatures superiors a 10.000 graus en molt poc temps.”, comenta Daniel Errandonea, catedràtic de física aplicada, investigador de l'Institut de Ciència dels Materials (ICMUV), situat en el Parc Científic de la Universitat de València (PCUV) i coautor del treball que acaba de publicar Nature.
Gràcies a les capacitats del DIPOLE 100-X, instal·lat en el làser d'electrons lliures de rajos X europeu (EuXFEL), l'equip d'investigació ha combinat per primera vegada la potent compressió làser amb l'anàlisi ultraràpida de rajos X i detectors de rajos X de gran àrea.
Segons l'article, en l'experiment els polsos d'alta energia del làser creen ones de compressió a través d'una mostra sòlida de carboni i liqüen el material durant una milmilionèsima de segon. Durant este breu període, la mostra s'irradia amb els rajos X de l'EuXFEL, i els àtoms de carboni dispersen la llum de rajos X de manera similar a com la llum es difracta en una reixeta. D'esta manera, el patró de difracció creat permet extraure informació valuosa sobre la distribució dels àtoms en el carboni líquid, la forma en què s'organitzen i les interaccions entre ells.
"Fins ara, les prediccions teòriques sobre l'estructura del carboni líquid i el punt de fusió havien divergit significativament. El seu coneixement precís és crucial per a la modelització planetària i el disseny de millors materials per a la generació d'energia mitjançant fusió nuclear", David Santamaría-Pérez, investigador de l'ICMUV i coautor de l'article
Els resultats revelen que l'estructura del carboni líquid és similar a la del diamant sòlid, en la qual cada àtom de carboni està envoltat d'altres quatre àtoms de carboni. Tal disposició dels àtoms de carboni és adoptada també en gran varietat de compostos orgànics i és fonamental per a l'estructura de nombrosos materials. També permeten determinar el punt de fusió, una informació fonamental per al seu ús en ambients on la temperatura és un factor crític, com els reactors de fusió. “Fins ara, les prediccions teòriques sobre l'estructura del carboni líquid i el punt de fusió havien divergit significativament. El seu coneixement precís és crucial per a la modelització planetària i el disseny de millors materials per a la generació d'energia mitjançant fusió nuclear”, conclou el professor titular de física aplicada David Santamaría-Pérez, membre de l'equip de l'ICMUV, coautor també de l'article i integrant, al costat de D. Errandonea, del programa Materials Avançats del Pla Complementari d'I+D+i.
L'estudi és una col·laboració internacional liderada per investigadors de la Universitat de Rostock i el Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. A més de l'ICMUV, participen en el treball les universitats d'Edimburg i Oxford, els laboratoris nacionals dels Àlbers i Livermore, la Universitat de la Sorbona, l'Institut Paul Scherrer, i altres 35 institucions científiques d'Europa, els EUA i Àsia.
Font: UV Notícies
No et perdes l'entrevista de Mario Culebras (ICMUV) en la nostra secció Europark