Небо валмазах: алмазы

      Комментарии к записи Небо валмазах: алмазы отключены

Небо валмазах: алмазы

    Установка для выращивания синтетических алмазов

В 1960-х один из ведущих мировых астрофизиков Эдвин Солпитер, изучавший процессы синтеза в звездах, выдвинул занимательную идею: в углеродно-кислородном ядре белых карликов при некоторых условиях существует кристаллическая структура. Очевидно, это было чисто теоретическое построение, но в первой половине 90-ых годов двадцатого века у одного из белых карликов (BPM 37093), находящихся приблизительно в 50 световых годах от Почвы, были обнаружены пульсации, каковые разрешили изучить внутреннюю структуру звезды экспериментально.

В начале 2000-х годов несколько астрофизиков под управлением Трэвиса Меткалфа из Гарвард-Смитсоновского центра применила для этого способ астросейсмологии. Cогласно их выводам, под водородной оболочкой BPM 37093 вправду прячется жёсткое кристаллическое ядро из углерода и кислорода. По различным данным, от 32 до 90% массы звезды находится в кристаллической форме — а это в любом случае не меньше 5×1029 кг!

При том большом давлении, которое царит в недрах данной звезды, углерод может образовать лишь одну определенную кристаллическую решетку — бриллиант, исходя из этого звезда практически сходу взяла имя Люси (в честь известной песни The Beatles — Lucy in the Sky with Diamonds).

Но, в полной мере быть может, что за бриллиантами не нужно будет лететь так на большом растоянии. В отечественной Солнечной совокупности имеется планета Нептун. Подобно Почва, она излучает собственный внутреннее тепло в окружающее пространство, но интенсивность этого излучения на порядок выше теоретических предсказаний.

Это указывает, что Нептун деятельно генерирует собственное тепло — но как? В отличие от Почвы, Нептун практически полностью складывается из воды, метана и аммиака и фактически не содержит радиоактивных изотопов.

Сотрудник Ливерморской лаборатории Марвин Росс в первой половине 80-ых годов XX века высказал догадку, что метан в глубинах Урана и Нептуна при существующих в том месте температурах и огромных давлениях разлагается на углерод и водород, причем углерод получает структуру бриллианта. Избыточное тепловое излучение Нептуна разъясняется тем, что бриллианты погружаются в глубь жидкой мантии. Наряду с этим выделяется гравитационная энергия, которая и нагревает внутренности планеты.

Пара лет назад данной проблемой заинтересовался доктор наук Университета штата Нью-Йорк в Стони-Брук Артем Оганов, создатель метода USPEX, Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography, разрешающего предвещать структуру кристаллов («Кристаллы на кончике пера», «ПМ» №10’2010). «Проект был очень трудоемким, — вспоминает Артем. — Первые расчеты продемонстрировали, что при громадных давлениях из молекул метана образуются бутан и этан. Нельзя исключать, что таким же методом появляются и более сложные углеводороды, но никак не бриллианты.

В этих начальных вычислениях мы вычисляли температуру равной безотносительному нулю и не брали в расчет перемещение атомов. Но когда мы решили учесть чисто квантовые нулевые колебания атомов, каковые не исчезают и при нулевой температуре, оказалось, что их энергия содействует формированию бриллианта! В случае если же учесть итемпературу, которая в глубинах Нептуна достигает 2000 °C, новорожденным бриллиантам для сохранения стабильности достаточно давлений, не превышающих двух миллионов воздухов».

Так что, наверное, Марвин Росс был прав.

Продолжительно считалось, что бриллиант — самый жёсткий из всех известных материалов. Но около 20 лет назад теоретики из Калифорнийского университета в Беркли высказали предположение, что нитрид углерода C3N4 обязан очень сильно превосходить бриллиант по твердости.

Как поведал «ПМ» Артем Оганов, с того времени предпринималось множество попыток взять данный материал, но никому ни разу не удалось точно показать подобный синтез и взять какую-либо данные о твердости и структуре этого кристалла. «Посредством отечественной совокупности возможно решить задачу теоретического моделирования материалов с заблаговременно заданными особенностями, к примеру очень жёстких веществ, — растолковывает Артем. — Это возможно сделать посредством эволюционных методов, лишь вместо отбора по свободной энергии необходимо вести селекцию по максимуму твердости. Само собой разумеется, для этого направляться варьировать не только пространственную структуру кристалла, но и его состав.

Так вот, отечественные расчеты говорят о том, что нитрид углерода вряд ли будет синтезирован, потому, что он весьма неустойчив. Но кроме того в случае если это случится, он окажется большое количество мягче бриллианта. Так что бриллиант по твердости остается до тех пор пока вне конкуренции».

Дело рук людских

Первые попытки синтеза алмазов сделали шотландец Джеймс Хэнней во второй половине 70-ых годов девятнадцатого века и француз Анри Муассан — в 1893-м.

Первые синтетические бриллианты были изготовлены в первой половине 50-ых годов XX века в лабораториях шведской электротехнической корпорации ACEA, но управление компании засекретило эту работу. Лавры достались Трейси Холлу, сотруднику американской компании General Electric, в лабораториях которой бриллианты были синтезированы 16 декабря 1954 года.

В ходе синтеза употреблялся твердофазный белт-аппарат очень высокого давления, складывающийся из двух цилиндрической камеры и конических поршней, окруженной поясом из помогать друг другу колец из карбида вольфрама в высокопрочной стали и кобальтовой матрице. Такая конструкция способна развивать и выдерживать давление до 150 000 атм.

В ходе первого синтеза употреблялась смесь троилита и графита (FeS), танталовые электроды подводили ток, разогревающий смесь в камере, и восстанавливали сульфид до железа, в котором растворялся углерод. При давлении около 100 000 атм и температуре в 1600 °C углерод кристаллизовался в виде бриллианта.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№97, ноябрь 2010).

ГОРОД 312 Небо в алмазах (концерт День ГОРОДА 312)


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: