۲۴ آگوست ۲۰۲۵، عکس از نویسنده: امان تریپاتی -محفظه هدف تأسیسات ملی احتراق در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور.
مطالعه‌ای توسط دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، مشخص کرده است که چگونه کپسول‌های الماس مورد استفاده در آزمایش‌های همجوشی هسته‌ای می‌توانند تحت فشارهای بالای مورد نیاز برای این فرآیند، دچار نقص‌های ساختاری شوند.
محققان در یک بیانیه مطبوعاتی گفتند: “این یافته‌ها می‌تواند به هدایت طرح‌ها و مدل‌های بهبود یافته کپسول برای دستیابی به انفجارهای داخلی یکنواخت‌تر و در نتیجه به حداکثر رساندن خروجی انرژی آزمایش‌های همجوشی کمک کند.”
این مطالعه با تحقیقات در مراکزی مانند مرکز ملی احتراق (NIF) در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور مرتبط است، جایی که همجوشی محصورسازی اینرسی به عنوان یک منبع انرژی بالقوه مورد مطالعه قرار می‌گیرد.
در این آزمایش‌ها، لیزرهای قدرتمند یک کپسول الماس حاوی سوخت دوتریوم و تریتیوم را فشرده می‌کنند. هدف ایجاد یک انفجار متقارن است که سوخت را در معرض فشارها و دماهای بالای مورد نیاز برای وقوع همجوشی هسته‌ای قرار می‌دهد.
در بیانیه مطبوعاتی آمده است: “محققان با استفاده از یک لیزر پالسی پرقدرت برای شبیه‌سازی این شرایط شدید، دریافتند که الماس‌ها می‌توانند مجموعه‌ای از نقص‌ها را ایجاد کنند، از اعوجاج‌های ظریف کریستال گرفته تا مناطق باریک بی‌نظمی کامل یا آمورفیزاسیون. این نقص‌ها می‌توانند تقارن انفجار را مختل کنند، که به نوبه خود می‌تواند بازده انرژی را کاهش دهد یا حتی از احتراق جلوگیری کند.”
این مطالعه جزئیات فرآیندهای فیزیکی رخ داده در الماس را در مقیاس‌های زمانی بسیار کوتاه شرح می‌دهد. فشرده‌سازی هدایت‌شده توسط لیزر، موج ضربه‌ای ایجاد می‌کند که فشار بالا و تنش‌های برشی بالای مرتبط را در ماده تقریباً در یک نانوثانیه ایجاد می‌کند.
این مطالعه اضافه کرد: «الماس ذاتاً ماده‌ای شکننده است و در شرایط محیطی فعالیت نابجایی ندارد. این شکنندگی در دمای اتاق، بررسی رفتار آن را در شرایط شوک چالش‌برانگیز می‌کند و تجزیه و تحلیل میکروسکوپی پس از شوک را به دلیل تکه‌تکه شدن نمونه پیچیده می‌کند.»
این آزمایش‌ها بر روی نمونه‌های الماس تک بلوری در فشارهای شوک مختلف انجام شد. نتایج نشان داد که در فشار ۶۹ گیگاپاسکال (GPa)، الماس فقط تغییر شکل الاستیک از خود نشان داد و شبکه بدون نقص خود را حفظ کرد.
تیم تحقیقاتی توضیح داد: «در فشار ۱۱۵ گیگاپاسکال، نقص‌هایی در ساختار توسط تنش‌های برشی بالا ایجاد می‌شوند که با انباشته شدن گسل‌ها، نابجایی‌ها و دوقلویی‌ها آرام می‌شوند.»
این کار اولین مشاهده تجربی آمورفیزاسیون ناشی از شوک در الماس را نشان می‌دهد، پاسخی از ماده که قبلاً توسط شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی پیش‌بینی شده بود اما در محیط آزمایشگاهی مشاهده نشده بود.
این مطالعه خاطرنشان می‌کند که موادی با ساختارهای کریستالی «باز»، مانند الماس، مستعد این نوع فروپاشی ساختاری تحت فشار هستند. ضریب تراکم اتمی ساختار مکعبی الماس 0.34 است که به طور قابل توجهی کمتر از فلزات رایج (0.68 تا 0.74) است.
این مطالعه تأکید می‌کند: «مشخص شده است که تنش‌های برشی اعمال شده بر فشار هیدرواستاتیک نقش مهمی در تبدیل فاز و آمورف شدن حالت جامد دارند.»
درک بهتر از چگونگی و چرایی تشکیل این نقص‌ها، داده‌هایی را فراهم می‌کند که می‌توان از آنها برای اصلاح مدل‌های کامپیوتری که فرآیند انفجار را شبیه‌سازی می‌کنند، استفاده کرد.
این مطالعه نتیجه‌گیری کرد: «نتایج حاصل از این مطالعه در مورد مکانیسم‌های تغییر شکل ممکن است به درک جامع‌تری از ساختار نه تنها الماس، بلکه به طور کلی مواد پیوند کووالانسی نیز کمک کند.»
