يقترب العلماء من الحصول على الهيدروجين المعدني

أجرت مجموعة من الباحثين من مختبرات سانديا الوطنية (مختبرات سانديا الوطنية ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، مع مجموعة أخرى من جامعة روستوك (ألمانيا) ، تجربة ناجحة في ضغط الديوتريوم السائل في حالة تعرض خصائص المعدن. في بحث علمي نُشر في مجلة ساينس ، يصف العلماء مراحل التجربة التي تقربهم من هدفهم النهائي - إنتاج الهيدروجين المعدني الصلب.

الرسم التوضيحي أعلاه هو رسم تخطيطي لحالة الهيدروجين. يصور أربع حالات صلبة معروفة من الأول إلى الرابع ، وحالتان سائلتان معروفتان والحالة المتوقعة لسائل ذري. تشير الدوائر الزرقاء إلى دوران جزيئات الكم ، وتتوافق الخطوط المتموجة مع حالة متشابكة. الخطوط المستقيمة هي حيث تظهر الحسابات وجود رابطة تساهمية.

في عام 1935 ، قدم الفيزيائيان هيلارد بيل هنتنغتون ويوجين فيجنر لأول مرة النظرية القائلة بأن الهيدروجين يمكن أن يتواجد في حالة معدنية عندما تنكسر الروابط بين الذرات وتظهر الإلكترونات الحرة.

لإنتاج الهيدروجين المعدني ، هناك حاجة إلى شيء واحد فقط: الضغط العالي. منذ ذلك الحين ، حاول العديد من الفيزيائيين إثبات نظرية هنتنغتون ووينجر ، ولكن دون جدوى.

في تجربة حديثة ، استخدم الباحثون طريقة جديدة لزيادة ضغط الدم دون آثار جانبية غير مرغوب فيها.

حتى الآن ، تم استخدام سندان الماس لخلق أقصى ضغط ، حيث تم عصر المادة بين أطراف الماسين. وقد أظهرت التجارب السابقة أنه بهذه الطريقة يمكن ضغط مادة ذات تركيز عالٍ من الهيدروجين إلى حالة شبيهة بالمعادن.

في تجربة في Sandian National Laboratories ، قرروا الذهاب بطريقة أخرى واستخدموا آلة Sandia Z (Z-Machine) ، وهي إعداد تجريبي وواحد من أكبر مصادر الأشعة السينية في العالم ، لضغط المادة. إنها قادرة على توليد حقول تصل إلى 20 ميجا.


آلة Z

عند الضغط على العينة ، تم تطبيق صدمة كهربائية قوية من Z-Machine على القطب بالقرب من حاوية الديوتريوم. مرت موجة الصدمة عبر الحاوية وعصرت المادة أكثر. في هذا الوقت ، كان العلماء يراقبون كيف تعكس المادة الضوء ، وهي طريقة شائعة للتعرف على المعدن.

بعد ضغط المادة ، توقفت عن الشفافية ، وبدأت تعكس الضوء. وفقا للباحثين ، هذا دليل واضح على أن المادة قد تحولت من عازل إلى معدن.

هذه التجربة هي المحاولة الأكثر نجاحًا حتى الآن للحصول على الهيدروجين المعدني ، الذي تم توقع وجوده قبل 80 عامًا. كما تكافح مجموعات أخرى من الباحثين لحل المشكلة.

بالإضافة إلى النتائج التجريبية البحتة ، فإن إنتاج الهيدروجين المعدني له أهمية علمية. ستبين التجربة الضغط الضروري لمثل هذا التحول. هذه معلومات مفيدة ، على سبيل المثال ، لدراسة الكواكب والنجوم الأخرى: سنكتشف الظروف التي يمكن أن تحدث فيها مثل هذه العملية.



على سبيل المثال ، يمكن أن يفسر وجود الهيدروجين المعدني ظاهرة زحل ، وهي ساخنة للغاية بالنسبة لعمره: في عمر حقيقي يبلغ 4.5 مليار سنة ، تعطيه المحاكاة الحاسوبية 2.5 مليار سنة فقط بسبب ارتفاع درجة الحرارة.

Source: https://habr.com/ru/post/ar381035/