Vedci vyriešili 20 rokov starý spor. Diamant môže strojnásobiť energetický zisk z jadrovej fúzie
Vedci stlačili diamant na tlak okolo jedného terapascala a sledovali jeho atómovú štruktúru až do okamihu roztavenia. Prelomový výsledok vyriešil dve desaťročia starý spor a zároveň ukázal, že laserová jadrová fúzia môže používať šetrnejší prvotný impulz, ktorý podľa modelov výrazne zvýši energetický zisk.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneDiamant nie je vo fúzii na ozdobu
Diamant si väčšina ľudí spája so šperkami, v americkom National Ignition Facility však plní úplne inú úlohu. V experimentoch s inerčným udržaním fúzie tvorí uhlíková vrstva vonkajšiu časť miniatúrnej kapsuly s palivom z deutéria a trícia.
Pri výstrele na NIF zasiahne cieľ sústava 192 laserových lúčov. Energia vytvorí extrémne podmienky, vonkajšia vrstva kapsuly sa prudko odparuje a zvyšok sa obrovskou silou rúti dovnútra. Palivo sa stlačí a zahreje natoľko, aby sa jadrá vodíkových izotopov začali spájať.
Práve správanie diamantovej vrstvy patrí medzi detaily, ktoré rozhodujú o výsledku. Ak sa kapsula nestláča dostatočne rovnomerne, drobné nerovnosti a hydrodynamické nestability môžu pokus pripraviť o veľkú časť výkonu. LLNL preto potrebuje presne vedieť, kedy diamant pri prvom náraze prestane byť pevnou látkou.
Problém bol, že experimenty a najlepšie kvantové simulácie sa v tejto otázke približne 20 rokov rozchádzali asi o 20 %. Staršie merania určovali teplotu topenia diamantu vyššie, než predpovedali modely.
Tlak prekonal vnútro ľadových obrov
Tím Lawrence Livermore National Laboratory preto urobil nové experimenty v zariadení OMEGA Laser Facility na University of Rochester. Do malých vzoriek mikrokryštalického diamantu vyslal laserom vytvorenú rázovú vlnu a sledoval ich pri tlakoch smerujúcich k 1 terapaskalu.
Ide o podmienky, ktoré LLNL prirovnáva k tlakom vyšším než v hlbinách Uránu a Neptúna a približne trojnásobku tlaku v strede Zeme. Stav materiálu pritom existoval iba približne nanosekundu. Vedci počas nej merali teplotu, hustotu, odrazivosť, rýchlosť šoku a pomocou röntgenovej difrakcie priamo sledovali atómovú štruktúru.
Štúdia publikovaná 13. augusta v Nature Physics ukázala topenie pri teplote približne 7 300 kelvinov, pričom s rastúcim tlakom teplota topenia mierne klesala. Nové výsledky sa už zhodujú s kvantovými simuláciami. Autori zároveň ukázali, že diamantová štruktúra vydržala približne do 1 TPa.
Dôležitý je aj ďalší detail. Pri jedinom prudkom šoku vedci nepozorovali pred topením prechod do exotickej kryštalickej fázy uhlíka BC8, ktorý naznačovali niektoré staršie experimenty. Diamant zostal kineticky „uväznený“ vo svojej pôvodnej štruktúre až do roztavenia.
Silnejší úder nemusí byť lepší
Práve tu sa laboratórny experiment prepája s jadrovou fúziou.
NIF dnes používa pomerne silný prvý šok, aby mal istotu, že diamantová kapsula sa roztaví dostatočne skoro a rovnomerne. Nové meranie však naznačuje, že na úplné roztavenie môže stačiť o niečo pomalší prvotný šok.
To je dôležité pre samotné palivo. Slabší úvodný šok ho menej predohreje, takže zostane stlačiteľnejšie. Pri následnej implózii možno deutérium a trícium natlačiť do hustejšieho stavu a z rovnakého množstva laserovej energie vytiahnuť vyšší fúzny výťažok. Výskum NIF už ukazuje, že zníženie takzvanej adiabaty a zvýšenie kompresie patria medzi cesty k vyššiemu výkonu.

LLNL uvádza, že predpovede pre pomalšie počiatočné šoky ukazujú potenciál až trojnásobného zvýšenia energetického zisku, pokiaľ sa podarí udržať pod kontrolou ďalšie mechanizmy, ktoré implóziu zhoršujú. Nejde teda o výsledok, ktorý by vedci už dosiahli novým experimentom. Je to cesta, ktorú presnejšia fyzika diamantu umožňuje otestovať.
Rekord už dnes presahuje štvornásobok
NIF pritom nevychádza z nuly. Pri rekordnom experimente 7. apríla 2025 dodali lasery do terča 2,08 MJ a fúzna reakcia vytvorila 8,6 MJ energie. Takzvaný target gain dosiahol 4,13, teda viac než štvornásobok energie laserového impulzu dopadajúceho na cieľ.
Tu však treba oddeliť fyzikálny rekord od elektrárne. Hodnota 4,13 porovnáva energiu fúzie s energiou laserov dodanou do terča. Nezahŕňa všetku elektrinu potrebnú na prevádzku rozsiahleho laserového zariadenia. Komerčná fúzna elektráreň musí navyše energiu zachytiť, premeniť na elektrinu, opakovať výstrely vysokou frekvenciou a lacno vyrábať obrovské množstvo presných palivových kapsúl.
Aj preto sme pri analýze ekonomiky fúzie upozorňovali, že samotný úspech reakcie ešte automaticky neznamená lacnú elektrinu. Výskum sa už neposúva iba cez otázku, či dokážeme fúziu zapáliť, ale najmä cez to, ako z každého pokusu dostať podstatne viac energie.
Diamantový experiment rieši práve jednu z týchto drobných, ale zásadných prekážok. Vedci nezískali nový zdroj energie roztavením diamantu. Získali presnejší návod, ako sa pri extrémnych podmienkach správa materiál, od ktorého závisí kvalita celej implózie.
A výsledok má ešte jeden bonus. Nové dáta pomôžu spresniť modely Uránu a Neptúna, kde sa podľa niektorých teórií môže uhlík oddeľovať, kryštalizovať a padať hlbšie do planéty ako povestný „diamantový dážď“. Pri extrémnom tlaku sa navyše roztavený uhlík správa nezvyčajne. Kvapalná fáza je hustejšia než pevný diamant, takže by diamant v tekutom uhlíku plával podobne ako ľad vo vode.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Mali skončiť, ale EÚ sa „zľakla“. Zákaz spaľovákov sa môže zmeniť, veľmoci sa dohodli

Elektromobily na Slovensku zaostávajú, Čína tlačí na ceny. Šéf Škody otvorene o budúcnosti áut (ROZHOVOR)

Volkswagen zvoláva tisíce obľúbených elektromobilov. Majiteľom radí urobiť jednu dôležitú vec

Kia išla proti prúdu a mala pravdu. Do áut odmietla dať nenávidenú novinku, vodiči jej za to ďakujú

Slováci menia pouličné lampy na nabíjačky pre elektromobily. Využili trik, ktorý ušetrí tisíce eur
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Najbohatší človek sveta sa pochválil Slovenskom. Spúšťa tu kontroverznú funkciu

Najúspornejšie autá roka: Modely, s ktorými sa dostaneš pod 5 litrov na 100 km (REBRÍČEK)

Slovenské mesto zaradili medzi TOP 20 miest pre dlhší život. Predbehlo známe destinácie (REBRÍČEK)

Výherné čísla, ktoré padajú v Eurojackpote najčastejšie. Matematik reaguje

Pálenie záhy nemusí byť iba reflux. Lekári upozorňujú na 3 ochorenia, ktoré si s ním ľudia mýlia
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- Jeden z najlepších filmov roka práve dorazil online. Hrá v ňom hviezda Avengerov
- Na Slovensko mieria 4 nové kanály. Budú zadarmo a dorazia už na budúci týždeň
- Slováci si na steny montujú energetické pasce. Za toto hrozí pokuta až do výšky 20 000 eur
- Večné chemikálie sú v produkte, ktorý má doma väčšina Slovákov. EÚ chystá veľký zásah
- Každý ich má doma, no následky sú desivé. Brusel chystá najväčší zákaz v histórii ľudstva
-
- Slováci si na steny montujú energetické pasce. Za toto hrozí pokuta až do výšky 20 000 eur
- Slovenská komédia roka mieri online. Videlo ju 186-tisíc divákov, bude na jedinej službe
- Večné chemikálie sú v produkte, ktorý má doma väčšina Slovákov. EÚ chystá veľký zásah
- Zapíš si tento dátum. Najdrahší film Christophera Nolana mieri na streamovacie služby
- Každý ich má doma, no následky sú desivé. Brusel chystá najväčší zákaz v histórii ľudstva
-
- Slováci si na steny montujú energetické pasce. Za toto hrozí pokuta až do výšky 20 000 eur
- Skylink na Slovensku končí. Nahradí ho známa značka, diváci dostanú nové TV stanice
- Prekvapivá krajina má obrovský záujem o slovenské zbrane. Kúpia pokročilé systémy za milióny eur
- Automobilky majú veľkú dilemu: Kia povedala pravdu o EV, ktorú Brusel nechce počuť
- Na Slovensku práve spustili novú službu. Zadarmo ponúka viac ako tisíc filmov a seriálov
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Najbohatší človek sveta sa pochválil Slovenskom. Spúšťa tu kontroverznú funkciu

Najúspornejšie autá roka: Modely, s ktorými sa dostaneš pod 5 litrov na 100 km (REBRÍČEK)

Slovenské mesto zaradili medzi TOP 20 miest pre dlhší život. Predbehlo známe destinácie (REBRÍČEK)

Výherné čísla, ktoré padajú v Eurojackpote najčastejšie. Matematik reaguje

