Редактор «Гиктаймс»
875,4
рейтинг
27 июня 2015 в 11:02

Учёные вплотную приблизились к получению металлического водорода



Группа исследователей из Сандийских национальных лабораторий (Sandia National Laboratories, США) совместно с другой группой из Ростокского университета (Германия) провели успешный опыт по сжатию жидкого дейтерия в состояние, которое проявляет свойства металла. В научной работе, которая опубликована в журнале Science, учёные описывают этапы эксперимента, который приближает их к окончательной цели — получению цельного металлического водорода.

На иллюстрации вверху — схематическая диаграмма состояний водорода. На ней изображены четыре известных твёрдых состояния от I до IV, два известных жидких состояния и предсказанное состояние атомной жидкости. Синие окружности означают вращение квантовых молекул, а волнистые линии соответствуют запутанному состоянию. Прямые линии находятся там, где расчёты показывают существование ковалентной связи.

В 1935 году физики Хиллард Белл Хантингтон (Hillard Bell Huntington) и Юджин Вигнер (Eugene Wigner) впервые выдвинули теорию, что водород может существовать в металлическом состоянии, когда разрываются связи между атомами и появляются свободные электроны.

Для получения металлического водорода требуется только одна вещь: большое давление. С тех пор многие физики пытались доказать справедливость теории Хантингтона и Вигнера, но безуспешно.

В последнем эксперименте исследователи применили новый способ повышения давления без нежелательных побочных эффектов.

До сих пор для создания максимального давления использовались алмазные наковальни, где вещество сдавливалось между наконечниками двух алмазов. Прежние эксперименты показали, что таким способом можно сжать вещество с большой концентрацией водорода до металлоподобного состояния.

В эксперименте Сандийских национальных лабораторий решили пойти другим путём и для сжатия вещества использовали машину Sandia Z (Z-Машина) — экспериментальную установку и один из крупнейших в мире источников рентгеновского излучения. Она способна генерировать поля до 20 мегагауссов.


Z-Машина

Сжав образец, по электроду возле контейнера с дейтерием наносили мощный удар током от Z-Машины. Ударная волна проходила через контейнер и сжимала вещество ещё сильнее. В это время учёные проводили мониторинг, как материал отражает свет, общепринятый способ распознать металл.

После сжатия вещества оно перестало быть прозрачным, а стало отражать свет. По мнению исследователей, это явное доказательство того, что вещество превратилось из изолятора в металл.

Данный эксперимент — самая удачная на сегодняшний день попытка получить металлический водород, существование которого предсказано 80 лет назад. Над решением задачи бьются и другие группы исследователей.

Кроме чисто экспериментальных результатов, получение металлического водорода имеет и научное значение. Эксперимент покажет, какое давление необходимо для такой трансформации. Это полезная информация, например, для изучения других планет и звёзд: мы узнаем, при каких условиях может происходить такой процесс.



Например, существование металлического водорода могло бы объяснить феномен Сатурна, который слишком горяч для своего возраста: при реальном возрасте 4,5 млрд лет компьютерное моделирование даёт ему всего 2,5 млрд лет из-за слишком высокой температуры.
Анатолий Ализар @alizar
карма
682,6
рейтинг 875,4
Редактор «Гиктаймс»
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (11)

  • –1
    Когда то слышал, что металлический водород в дальнейшем не требует высокого давления, т.е. после получения — остается таковым даже в нормальных условиях. Кто-нибудь подскажет так ли это?
    Если да — то направление крайне интересное — можно сразу получить и сверхпроводник работающий в нормальных условиях, и крайне энергоемкое топливо…
    • –2
      да, это так tech-edu.ru/technology/metallic-hydrogen. Ещё можно будет построить нормальный ховерборд без азотного охлаждения.
      • +1
        Спасибо! Очень любопытно.
        Правда указано, что сверхпроводимость выполняется только ниже 200К — это конечно очень круто, но не совсем революционно… Вот если бы при комнатной температуре сохранялась — мир мог бы сильно измениться.
        • 0
          Но, кажется мне, что даже если не будет сверхпроводимости, то проводимость при комнатной температуре у металлического водорода может быть в разы лучше металлов, которыми мы располагаем сейчас.
    • +10
      Нет, не останется, слишком он метастабильный при нормальном давлении. При нормальном давлении он очень быстро превратится в обычный, возможно со взрывом из-за быстрого увеличения в объеме. Будет так же как и с другими случаями аллотропии, например, фосфора.
      Не разводите тут мракобесие, господа.
      Существование металлического водорода станет лишь подтверждением теории Хантингтона-Вигнера и очередным этапом в совершенствовании технологий сверхвысоких давлений, где в качестве предыдущей важной вехи я бы назвал получение искусственных алмазов детонационным сжатием.
      • 0
        Спасибо за подробный ответ!
        А можно где-то подробнее прочитать про это? А то информации много, но часто противоречивой. Аллотропия все же не совсем соответствует данной теме, ведь по сути металлический водород будет иметь кристаллическую решетку построенную по принципу, несколько отличному от существующих. Кроме того в статье упомянуты 4 формы металлического водорода, они все будут метастабильны при нормальном давлении? Если есть какие-то достаточно точные модели, почему даже факт получения признают с некоторой вероятностью?
        • 0
          Придется обратиться к оригинальным статьям, ну и тут что-то есть.
  • 0
    А этот металл не летуч при этом? Есть одна идейка…
    • 0
      Что вы подразумеваете под «летуч»? Является ли он легче воздуха или что-нибудь экстравогантное…
      • 0
        Водородом, на сколько я знаю, можно заправлять дирижабли. В этом смысле, летуч, да, металл легче воздуха, идеально.
        • 0
          Надо думать, что после такого адского сжатия он уж не легче воздуха.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.