塑料已經(jīng)融入到我們?nèi)粘Ｉ钪校刻旖佑|到塑料制品的次數(shù)多不勝數(shù)。在大家心中塑料只是一種很便宜耐用的材料嗎?你有想過有一天能從塑料中提煉鉆石嗎?根據(jù)已發(fā)表的科研成果，這一提煉過程已在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)。
這次突破性的實(shí)驗(yàn)意味著：我們太陽系一些行星的內(nèi)核周圍可能會(huì)含有整層分布的珍貴材料——金剛石。
長期以來，人們都推測天王星和海王星的地下深處存在著金剛石“雨”——這是碳元素和氫元素在超高壓環(huán)境中聚合的“結(jié)晶”。
德國研究者們使用SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的X射線自由電子激光器模擬這些行星的內(nèi)部環(huán)境。他們用強(qiáng)激光器在塑料中制造沖擊波。
“我們?yōu)檫@次實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備了世界上最亮的X射線發(fā)射源，”SLAC的光子科學(xué)教授西格弗里德·格倫澤爾說，他也是本篇論文的合作作者。“需要這些高強(qiáng)度的快速脈沖X射線才能看清這些金剛石的結(jié)構(gòu)——因?yàn)樗鼈冎辉趯?shí)驗(yàn)室里成型，時(shí)間非常之短。”
這次實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造出的納米金剛石也許能幫助研究者們探尋核聚變的奧秘——氫原子聚合，生成氦原子。在一些聚變實(shí)驗(yàn)里，兩份氫燃料被壓縮在塑料之內(nèi)，與行星內(nèi)部的狀況相似。
這些金剛石只持續(xù)了不到一秒鐘時(shí)間。在特定壓力/溫度之下，一對(duì)對(duì)沖擊波射向聚苯乙烯分子，進(jìn)而制造出金剛石微顆粒。聚苯乙烯由氫碳混合物構(gòu)成，與海王星和天王星的化學(xué)成份類似。
研究者通過激光脈沖‘照亮’并發(fā)現(xiàn)了這些金剛石微粒，這是人類第一次觀測到這個(gè)化學(xué)反應(yīng)，它也給“行星內(nèi)部金剛石形成方式”的理論增添了證據(jù)。
“之前，研究者只能假定金剛石已經(jīng)形成，”多米尼克·克勞斯說。他是亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)的科學(xué)家，也是這篇論文的第一作者。“看到最新實(shí)驗(yàn)成果的那一刻，是我科學(xué)生涯里最棒的瞬間之一。”
了解特定溫度和壓力條件之下各元素聚合反應(yīng)的情況，可以告訴我們行星的內(nèi)部狀況，加深我們對(duì)行星的認(rèn)知。之前，我們只能通過對(duì)其軌道和大小的觀測來了解它們。
“我們無法深入這些行星地下實(shí)施觀測。因此，這些實(shí)驗(yàn)室成果是對(duì)人造衛(wèi)星和望遠(yuǎn)鏡觀測的補(bǔ)充，”克勞斯說。
接下來，該團(tuán)隊(duì)希望運(yùn)用相同的辦法，研究行星內(nèi)部可能發(fā)生的其它化學(xué)反應(yīng)。
“模擬器并未真正捕捉到我們?cè)谶@一領(lǐng)域觀測的情況，”格倫澤爾說。“我們和同行的研究都能證明：這類高壓環(huán)境之下的物質(zhì)聚合是不可忽視的力量。”
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