"1"

Зображення алмазних ковадел, стискаючих зразок молекулярного водню. При високому тиску водень переходить в атомарний стан, як показано праворуч. Джерело: Dias & Silvera 2017

У 1935 році вчені Юджин Вігнер та Белл Хантінгтон передбачили можливість переведення водню в металевий стан під впливом величезного тиску – 250 тисяч атмосфер. Трохи пізніше ця точка зору була переглянута, фахівці підвищили оцінку тиску, який потрібен для фазового переходу. Весь цей час умови переходу вважалися досяжними, і вчені намагалися «взяти планку», необхідну для переходу водню в нову фазу. Вперше металевий водень намагалися отримати в 1970-х. Повторні спроби були зроблені в 1996, 2008 і 2011 році. Раніше повідомлялося, що в 1996 році вченим з Німеччини вдалося на частку мікросекунди перевести водень в металевий стан, хоча не всі згодні з цим.

Що стосується тиску, необхідного для отримання металевого водню, то з розвитком квантової механіки і фізики взагалі стало зрозуміло, що тиск повинен бути приблизно в 20 разів вищим, ніж вважалося раніше, – не 25 ГПа, а 400 або навіть 500 ГПа. Вважається, що великі кількості металевого водню присутні в ядрах планет-гігантів – Юпітера, Сатурна і великих позасонячних планет. Завдяки гравітаційному стиску під газовим шаром має перебувати ядро з металевого водню. Зрозуміло, що для того, щоб отримати гігантський тиск, потрібні особливі технології та методи. Домогтися бажаного результатут вийшло завдяки використанню двох алмазних ковадел.

Міцність ковадла була посилена напиленням з оксиду алюмінію, яке виявилося непроникним для атомів водню. Зразок водню був стиснутий між загостреними кінцями двох алмазних ковадел і при тиску в 495 ГПа вчені домоглися переходу зразка в металеву фазу.

"2"

Джерело: Dias & Silvera 2017

У всякому разі, зразок спочатку потемнів, а потім став відбивати світло. При відносно низьких показниках тиску зразок був непрозорим, електрострум він не проводив. Експеримент, проведений Ісааком Сілвером і Рангу Діасом, був повторним. Вперше добитися переходу водню в металеву фазу вченим вдалося в середині 2016 року. Але результати експерименту потребували підтвердження в повторному досліді. Оскільки результати початкового досвіду підтвердилися, їх можна вважати коректними.

До поточного результату вчені йшли кілька років. Тільки на те, щоб досягти тиску, при якому водень розбивається на індивідуальні атоми, у Сілвера і Діаса пішло три роки. Тиск, про який йде мова – 380 ГПа.

Після цього збільшення тиску несло в собі необхідність посилення міцності алмазних ковадел, які використовувалися в експерименті. Для цього стали напилювати найтоншу плівку з оксиду алюмінію. Без посилення міцності алмази, які є найбільш твердими мінералами на Землі, починають руйнуватися при збільшенні тиску вище показника в 400 ГПа.

Вченими була проведена велика робота з вивчення алмазів. Причин руйнування могло бути кілька – від дефектів структури кристалу до впливу найбільш стисненого до величезної щільності водню. Для того, щоб вирішити першу проблему, фахівці ретельно перевіряли структуру кристала під мікроскопом з великим збільшенням. «Коли ми подивились на алмаз під мікроскопом, ми виявили дефекти, які роблять цей мінерал вразливим до зовнішніх чинників», – заявив Сілвер. Друга проблема була вирішена за допомогою напилення, що протидіє витоку атомів і молекул водню.

Поки що складно сказати, яку форму металу отримали англійці – тверду чи рідку. Самі вони не можуть сказати, хоча вважають, що водень перейшов у фазу рідкого металу, оскільки це передбачено розрахунками. У чому вони впевнені, так це в тому, що зразок водню після стиснення став в 15 разів більше щільним, ніж до початку цієї процедури. Температура водню, який помістили в алмазне ковадло, склала 15К. Після переходу елемента в металеву фазу його нагріли до 83 К, і він зберіг свої металеві властивості. Розрахунки показують, що металевий водень може бути метастабільним, тобто зберігати свої властивості навіть після того, як зовнішні чинники, які призвели до переходу елемента в металеву фазу, будуть ослаблені.

Навіщо людині металевий водень? Вважається, що в такому стані він проявляє властивості високотемпературного надпровідника. Крім того, метастабільні з’єднання металевого водню можуть використовуватися в якості компактного, ефективного і чистого ракетного палива. Так, при переході металевого водню в молекулярну фазу вивільняється приблизно в 20 разів більше енергії, ніж при спалюванні кілограма суміші кисню і водню – 216 МДж/кг.

«Для отримання металевого водню нам знадобилося величезна кількість енергії. А якщо ви знову переведете атомарний металевий водень в молекулярний стан, вся ця енергія вивільниться, так що ми можемо отримати найпотужніше ракетне паливо в світі, що зробить революцію в ракетобудуванні», – заявили автори дослідження. На їхню думку, нове паливо, за умови його використання, дозволить легко досягти інших планет. Часу на подорож до них буде витрачено набагато менше, ніж в даний час, з використанням сучасних технологій.

Вас також може зацікавити інформація про те, що NASA створює роботів для детального вивчення Сонячної системи.

Коментарі закрито.

Поділитися

SpaceX успішно вивела на орбіту супутники Iridium і посадила першу сходинку Falcon 9

Компанія SpaceX після невдалої спроби доставити на орбіту геостаціонарній телекомунікаційний супутник AMOS-6 взяла тайм-аут більш ніж на чотири місяці. Протягом зазначеного терміну фахівці SpaceX розслідували причини неполадки, через яку ракета-носій Falcon 9 здетонувала на стартовому майданчику космодрому під час підготовчих робіт до запуску. Після завершення розглядів причин інциденту SpaceX взяла на озброєння нову методику заправки […]

Розумна тканина зробить з будь-якого одягу фітнес-трекер

Тренд на створення різноманітних «розумних» речей набирає все більше обертів. «Комп’ютеризація» звичних речей, без сумніву, робить наше життя простішим і зручнішим, але різного роду переносну електроніку з легкістю можна забути вдома або втратити, чого не скажеш про одяг. Без неї з дому не виходить ні одна людина, тому вчені з Гарвардського університету розробили «розумну» тканину, […]

Объемы продаж MacBook постепенно сокращаются

    Поставки MacBook замедляются, сообщает тайваньский портал DigiTimes. Это станет заметно уже к концу 2013 года.     Говоря о том, что общий годовой уровень продаж MacBook сократится по сравнению с 2012 годом, эксперты опираются на официальные цифры. Так, в прошлом году Apple реализовала 13,03 миллиона устройств; в первой половине 2013 года было поставлено […]