خب، بذار یه موضوع خیلی جذاب رو واست تعریف کنم! تو آزمایش‌های همجوشی هسته‌ای (یعنی اون تکنولوژی که دانشمندا میخوان باهاش از طریق ترکیب هسته‌های سبک مثل هیدروژن، کلی انرژی تمیز تولید کنن)، از یه سری کپسول سوختی استفاده میشه که جنسشون از الماسه. عجیبه نه؟ آره واقعاً الماس! اما چرا؟ چون الماس هم خیلی محکم و مقاومه، هم می‌تونه فشارهای شدید رو تا حد زیادی تحمل کنه.
حالا مشکلی که هست اینه که حتی این کپسول‌های الماسی فوق‌العاده هم زیر اون همه فشار و دمای عجیب و غریب، دچار ایراد میشن! مخصوصاً وقتی تو آزمایشگاه‌هایی مثل “NIF” (یا همون National Ignition Facility که تو آمریکا یکی از بزرگ‌ترین جاها برای آزمایش همجوشی هسته‌ایه) کلی لیزر قوی رو روی این کپسولا می‌تابونن و میخوان مخلوط دوتریوم و تریتیوم (دو نوع متفاوت از هیدروژن که برای سوخت همجوشی عالی‌ان) رو به هم بچسبونن تا کلی انرژی آزاد بشه.
یک تیم از دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو، اومدن با دقت بررسی کردن ببینن این الماسا زیر فشار دقیقاً چطوری خراب میشن. اونا با یه لیزر قوی، شرایط مشابه شرایط آزمایش‌های واقعی رو شبیه‌سازی کردن و دیدن چی سر ساختار کریستالی الماس میاد. خب، خیلی جالب شد: فهمیدن که الماس موقع این شوک‌های شدید، دچار ایرادهای مختلفی میشه. از ایرادهای ریز ریز و نامحسوس تو کریستال‌ها گرفته تا بخش‌هایی که کاملاً بی‌نظم یا به قول فنی “آمورف” میشن (آمورف یعنی ساختاری که دیگه نظم کریستالی نداره و اتم‌ها توش به هم ریختن).
داستان اینه که اگر این ایرادها، یعنی همین نقص‌ها و بی‌نظمی‌ها، تو ساختار الماس به وجود بیان، دیگه اون تقارن انفجاری (یا Implosion Symmetry که منظور همون جمع شدن کامل و منظم کپسوله تا همه انرژی تو نقطه درست آزاد بشه) به هم می‌خوره. و طبیعتاً اینجوری خیلی از انرژی مورد انتظار تولید نمیشه، یا حتی کل واکنش همجوشی اصلاً اتفاق نمی‌افته!
یه نکته جالب دیگه این تحقیق این بود که دانشمندها نشون دادن الماس ذاتاً ماده‌ای خشکه (brittle)، یعنی خاصیت پلاستیکی معمول فلزات یا مواد نرم‌تر رو نداره و موقع فشار شدید، راحت می‌شکنه. پس بررسیش هم خیلی سخت‌تر میشه چون نمونه‌ها از هم می‌پاشن!
اینا اومدن با دقت دیدن تو چه شوکی (Shock Wave یعنی موج ضربه‌ای که از لیزر ایجاد میشه) الماس هنوز سالم می‌مونه یا دیگه خراب میشه. مثلاً تو فشار ۶۹ گیگاپاسکال (Gigapascal که یه واحد اندازه‌گیری فوق‌العاده بزرگ فشاره)، الماس فقط کمی تغییر شکل الاستیک داشت و آسیب ندید — مثل فنر که فقط کش میاد. اما وقتی فشار رو تا ۱۱۵ گیگاپاسکال بردن بالا، کلی ایراد توش ظاهر شد، انگار تو ساختارش ترک خوردگی و لایه‌لایه شدن به وجود اومد.
و این بار اولین باره که تو آزمایش آزمایشگاهی، دانشمندها با چشمای خودشون آمورف شدن الماس به خاطر شوک رو دیدن — چیزی که قبلاً فقط تو شبیه‌سازی کامپیوتری و تئوری‌ها پیش‌بینی شده بود!
یه بخش باحال دیگه داستان اینه که چون ساختار الماس نسبتاً بازه (Open Crystal Structure، یعنی اتم‌های الماس نسبتاً از هم فاصله دارن نسبت به فلزات)، ضریب پرشدگی اتمی (که با Atomic Packing Factor نشون میدن، و برای الماس ۰.۳۴ه ولی فلزات معمولی بین ۰.۶۸ تا ۰.۷۴)، باعث میشه راحت‌تر خراب شه.
دانشمندا میگن حالا که فهمیدن داستان چیه، می‌تونن مدل‌سازی‌های کامپیوتری (یعنی شبیه‌سازی انفجار و جمع شدن کپسول‌ها تو کامپیوتر) رو دقیق‌تر کنن. با این کار احتمالاً در آینده طرح‌های بهتری برای کپسول‌های سوخت همجوشی خواهیم داشت و یه قدم بزرگ به تولید انرژی همجوشی واقعی نزدیک‌تر می‌شیم!
خلاصه، این تحقیق کمک می‌کنه بفهمیم ایرادهای ریز در الماس چطور جلوی پیشرفت همجوشی هسته‌ای رو می‌گیرن و راه دقیق‌تری نشونمون میده واسه ساخت کپسول‌های بهتر — و شاید یه روزی انرژی تمیز و نامحدود رو به زندگی همه بیاره!
منبع: +
