科学者たちはプラスチックにレーザーを当て、小さなダイヤモンドと新しいタイプの水に変身させた

2022-10-04

livescience.comより

超強力なレーザーを使って、安価なプラスチックを爆破し、極小の「ナノダイヤモンド」に変身させることに成功した。.

この発見は、太陽系の氷惑星のダイヤモンドの雨の存在を明らかにし、これらの極寒の惑星がなぜ奇妙な磁場を持つのかを説明する可能性がある。また、このレーザーブラスト技術は、地球上での応用にもつながる可能性があります。

ナノダイヤモンドは、数ナノメートル(1メートルの10億分の1)の大きさのダイヤモンドです。二酸化炭素を他のガスに変えたり、薬剤を体内に送り込んだりといった、既存の用途と潜在的な用途の両方があると、研究の共著者であるドイツのヘルムホルツ・ゼントラム・ドレスデン・ローゼンドルフの物理学者ドミニク・クラウスはLive Scienceに語っている。

また、ナノダイヤモンドは、温度や磁場に対する超小型で非常に精密な量子センサーとしても利用できるため、多くの応用が期待できます」とクラウス教授は述べている。

また、この技術は、海からプラスチックを取り除き、変換する金銭的なインセンティブを生み出すことで、プラスチック汚染を減らすことができるという。

氷の巨大惑星にクールな示唆を与える実験

長年にわたり、惑星科学者は、海王星や天王星のような氷惑星の極寒の内部でダイヤモンドが生成されるのではないかと考えてきた。

もしダイヤモンドが形成されれば、これらの氷惑星の内部でダイヤモンドが「雨」のように降ってくるはずだ。

研究者たちは、このプロセスが実現可能かどうかを調べるために、ペットボトルに使われているポリエチレンテレフタレート(PET)プラスチックのシートを手に取り、SLAC国立加速器研究所のリニアックコヒーレント光源にある高出力光レーザー装置を使って、プラスチックを華氏約10,000度(摂氏6,000度)に加熱しました。

このとき、地球の大気の何百万倍もの圧力が、わずか数十億分の1秒の間に発生した。この圧力がプラスチックに衝撃を与え、プラスチック中の炭素原子が結晶構造に変化し、その中を水素と酸素が漂うようになったのです。

「強力なX線レーザーを使って、試料の内部を観察し、そこで起こっている化学反応の動画を作成することができました」とクラウスは言います。"私たちは、数ナノ秒という実験時間内に、圧縮プラスチック内部でナノダイヤモンドが非常に効率よく形成されるのを見ました"。

一般的なペットボトルを構成する日常的なプラスチックにレーザーで衝撃を与え、貴重なナノダイヤモンドを作ることができるかもしれない。(画像出典:Robert Lea/Mario Sarto)。


この新しい研究により、このようなダイヤモンドの形成は、これまで科学者が考えていたよりも一般的であることが明らかになり、氷惑星の固体コアの周りに厚いダイヤモンドの層が存在する可能性が高くなりました。

また、このような氷の惑星の内部では、高温高圧下で超イオン水氷と呼ばれる特異な状態の水が生成されることも、この実験から強く示唆されている。

この不思議な水の形は、酸素原子の格子の中を陽子が移動することができる。もし、天王星や海王星のような氷惑星に超イオン水が存在すれば、このエキゾチックなタイプの物質を通る陽子の動きが、これらの惑星で観測された特異な磁場を生み出すのに役立つかもしれないと、クラウスは言った。

過去の計算では、惑星の内部に存在する可能性の高い炭素原子が、そこで形成される超イオン水を極めて不安定にすることが示唆されていた。

しかし、「今回の実験では、炭素と水がダイヤモンドの形成によって脱混合(混合物中の物質が意図せずに分離すること)していることがわかりました」と、クラウス教授は語った。"したがって、孤立した水が惑星内部に存在する可能性があり、超イオン水の形成の可能性が高くなるのです。"

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そして、ダイヤモンドの雨やエキゾチックな水が実際に存在するかどうかを確かめるために、宇宙船が氷の隣人を訪問することも近いうちに可能になるかもしれません。

「今後10年以内に、NASAの新しい探査機が天王星に打ち上げられることを期待しています」と、クラウスは語った。

この発見は、さらに商業的な応用も可能である。現在、ナノダイヤモンドは、炭素を爆発させたり、大きなダイヤモンドを爆薬で粉々にしたりして作られているが、これではサイズの異なるダイヤモンドがごちゃごちゃになってしまう。新しい方法では、特定のサイズのダイヤモンドをよりきれいに作ることができるだろう、とKraus教授は述べている。


https://www.livescience.com/lasers-plastic-diamonds

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