دانشمندان برای نخستین بار موفق به تولید کربن مایع در آزمایشگاه شدند. این دستاورد تاریخی با استفاده از لیزر XFEL امکان‌پذیر شد و می‌تواند آینده انرژی و همجوشی هسته‌ای را متحول کند.
به گزارش تکناک، در سال ۲۰۲۳، گروهی از دانشمندان به رهبری پژوهشگران دانشگاه روستوک و مرکز تحقیقاتی هلمهولتز در آلمان، برای اولین بار موفق شدند با استفاده از یک لیزر بسیار قدرتمند به نام DIPOLE 100-X، رفتار کربن در حالت مایع را مشاهده کنند. این حالت از کربن تا پیش از این فقط در نظریه‌ها مطرح شده بود و کسی آن را به‌طور مستقیم ندیده بود. این کشف مهم در یکی از معتبرترین مجلات علمی دنیا، نیچر، منتشر شده است.
فهرست مطالب
کربن مایع؛ ماده‌ای اسرارآمیز با نقش کلیدی در آینده انرژی
کربن مایع به‌طور طبیعی در درون سیارات وجود دارد و می‌تواند در فناوری‌های آینده مانند همجوشی هسته‌ای (Nuclear Fusion) نقش مهمی ایفا کند. اما تا پیش از این، دانشمندان تقریباً هیچ اطلاعاتی از این حالت ماده نداشتند، زیرا کربن تحت شرایط معمول هرگز به مایع تبدیل نمی‌شود.
برای مایع شدن، کربن به فشارهای بسیار بالا و دمایی نزدیک به ۴۵۰۰ درجه سانتی‌گراد نیاز دارد که بالاترین نقطه ذوب شناخته‌شده در میان تمام مواد است. ایجاد چنین شرایطی در آزمایشگاه غیرممکن بود زیرا هیچ ظرف فیزیکی توان تحمل آن را نداشت.
کلید شکستن محدودیت‌ها
این دستاورد با فشرده‌سازی لیزری به دست آمد. لیزر DIPOLE 100-X با پالس‌های کوتاه و پرانرژی توانست کربن جامد را تنها برای کسری از ثانیه به مایع تبدیل کند. چالش اصلی، ثبت داده‌ها در این زمان فوق‌العاده کوتاه بود.
در این مرحله، European XFEL که قدرتمندترین لیزر اشعه ایکس جهان در نزدیکی هامبورگ است، نقشی حیاتی ایفا کرد. این دستگاه با پالس‌های فوق‌کوتاه اشعه ایکس، امکان تصویربرداری فوری از حالت مایع را فراهم ساخت.
ترکیب فناوری منحصربه‌فرد
پژوهشگران با استفاده از لیزر بسیار قدرتمند DIPOLE100-X، انرژی زیادی را به نمونه‌ای از کربن وارد کردند. این انرژی باعث شد کربن برای چند نانوثانیه (یعنی فقط چند میلیاردم ثانیه) به حالت مایع تبدیل شود. همزمان، پرتو ایکس بسیار دقیق XFEL از داخل این نمونه عبور داده شد. این پرتو به دانشمندان کمک کرد تا با بررسی الگوی پراکندگی اتم‌ها، ساختار دقیق کربن در حالت مایع را ببینند و تحلیل کنند.
با تکرار این آزمایش در شرایط مختلف، دانشمندان توانستند مانند یک فیلم، مرحله‌به‌مرحله گذار از جامد به مایع را مشاهده کنند.
ساختاری شبیه الماس و آب
پروفسور دومینیک کراوس از دانشگاه روستوک گفت: ما با یک شکل پیچیده از مایع مواجه هستیم که خواصی مشابه آب دارد و این ویژگی‌ها آن را بسیار خاص می‌کند.
نتایج آزمایش‌ها نشان داد که کربن مایع، درست مانند الماس جامد، دارای یک ساختار منظم چهارضلعی است. این اولین بار است که چنین پدیده‌ای در آزمایشگاه به طور مستقیم مشاهده می‌شود.
این پژوهش همچنین دمای دقیق ذوب کربن را مشخص کرد. این داده حیاتی برای شبیه‌سازی شرایط درون سیارات و همچنین پیشرفت فناوری‌های آینده، مانند راکتورهای همجوشی هسته‌ای، بسیار ضروری است.
این دستاورد نه‌تنها راه را برای کشف‌های بیشتر درباره کربن مایع باز می‌کند، بلکه می‌تواند مسیر تحقیقات آینده در حوزه انرژی و علوم سیاره‌ای را دگرگون کند.
