Для моделирования условий, существующих в недрах ледяных планет, немецкие ученые применили лазерную установку и пластиковые материалы, попутно разработав способ производства алмазов из отходов.
Уран и Нептун – ледяные гиганты, крупные планеты, преимущественно состоящие из воды, аммиака и метана. По мере углубления в их внутренности на них действует колоссальное давление. В этих условиях соединения, содержащие углерод, превращаются в алмазы, образуя некий «алмазный дождь». Этот процесс, предсказанный еще в 1970-х годах, несколько лет назад удалось продемонстрировать в лаборатории, когда Доминик Краус (Dominik Kraus) и его соавторы сжали образец углеводородного полистирола с помощью ударных волн, которые создавали импульсами сверхмощного лазера.
Тем не менее, при воссоздании условий, характерных для внутренних слоев ледяных планет, исследователи не учли один существенный фактор – наличие там кислорода. В связи с этим, в своей новой работе Доминик Краус и его соавторы из научно-исследовательского центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф провели аналогичные опыты с ПЭТ-полимере, содержащем углерод, водород и кислород в необходимых соотношениях. Полученные данные отображены в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Ученые вновь применили рентгеновский лазер LCLS, принадлежащий американской лаборатории SLAC. Его импульсы оперативно повышали температуру образца до 6000 °C, генерируя ударные волны. Переплетаясь, эти волны создавали области экстремального давления, достигавшего 125 ГПа – аналогичного условиям, существующим в недрах ледяных гигантов, – где и происходила кристаллизация алмазов. Физики отслеживали этот процесс с помощью методов малоуглового рентгеновского рассеяния. В соответствии с ожиданиями, применение ПЭТ действительно способствовало формированию алмазов и увеличило их количество. Для создания нескольких миллиардов микроскопических кристаллов достаточно было одного импульса. Это позволило подтвердить теорию о «алмазных дождях» в недрах ледяных гигантов.
В результате данного процесса образовался водный лед суперионной фазе. Кристаллическая структура данного типа льда формируется атомами кислорода, а ионы водорода способны свободно перемещаться внутри нее. Такая особенность делает суперионный лед хорошим проводником электричества, что позволяет ему участвовать в создании глобального магнитного поля ледяных гигантов. Специалисты считают, что подобный метод может быть полезен не только в научных исследованиях, но и в практических целях, например, для производства алмазов из пластиковых отходов.
Действительно, полиэтилентерефталат (ПЭТ) – широко распространенный полимер, применяемый, к примеру, для производства пластиковых бутылок и пищевых контейнеров. Преобразование такого большого количества материала в алмазы представляется маловероятным и не является необходимым. Тем не менее, для ряда практических целей ПЭТ может стать доступным сырьем для получения мелких алмазов, которые могут использоваться, например, при создании абразивных и полирующих составов, квантовых сенсоров и других изделий.