Reproduction of “Diamond Rain” of Uranus and Neptune using PET resin and lasers! | sorae universe portal site

The solar system contains four giant planets: Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune. In the past, these were collectively called “gas planets”, but nowJupiter and Saturn「gas giant (Jupiter, gas giant) ”,Uranus and Neptune「giant ice planet (Uranus-type planet / iceberg).

In planetary science, only hydrogen and helium, gases that are rarely liquids or solids in space, are referred to as “gases”. on the other side, “iceIcy giant planets are more like “ice” than gas giant planets, ieWater, methane and ammoniaIt is classified as a separate category because it contains a lot of

It is said that the presence of “ice” affects the properties of the giant icy planets. A good example of this is the appearance of Uranus and Neptune in blue. This is because methane absorbs light other than the blue color. However, the interiors of Uranus and Neptune are more dramatic. Ice giant planets have high temperatures and high pressures inside them, and the “ice” forms a liquid “sea”. It is believed that methane decomposes in this sea to form diamond crystals.

Because diamonds sink as they grow, the look is “diamond rainIt is called. It is very romantic, but not only that, but it is also indicated that the potential energy is converted into thermal energy by sinking diamonds, which affects heat generation and heat circulation inside the ice giant planet. Uranus and Neptune are known to radiate much more heat From what they receive from the Sun, so the phenomena inside the giant icy planets are interesting to study.

Around 1981, when diamond rain was theoretically demonstrated, it was difficult to reproduce the inner environment of a giant icy planet in the laboratory. By irradiating a target material from all directions with a powerful laser, a state of high temperature and high pressure is instantaneously created. Although the time is very short, it is technically possible to verify the properties of materials in conditions of high temperature and high pressure by examining X-rays that hit the materials.

However, to date, mainly polystyrene ([C₈H₈]_n) and other hydrocarbons (materials composed of carbon and hydrogen only). Since there are substances such as water that contain oxygen inside the ice giant planet, it is difficult to say that experiments using polystyrene that does not contain oxygen completely reproduce the environment inside the actual planet. To explore the properties of icy giant planets, we need to know if the presence of oxygen affects the formation of diamonds.

An international research team led by Zhiyu He of the Dresden-Rossendorf InstituteSLAC National Accelerator InstituteWrekenSpring 8Using powerful, X-ray-free electronic lasers located at two sites in Earth, we conducted experiments to reproduce the inner environment of a giant icy planet.

The main difference between this experience and previous experiences is “PET . resin (Polyethylene terephthalate)” as a target to replace polystyrene. As PET resin can completely decompose into carbon and water chemically

It can be considered similar to the interior environment of a giant icy planet where water and methane are mixed.[C₁₀H₈O₄]_{* … when polyethylene terephthalate is considered only in terms of its chemical composition,}n_{⇆n (10C + 4H}2

[▲الشكل2:رسمتخطيطيلهذهالتجربةتمتطبيقالليزرمؤقتًاعلىفيلمراتينجPETالمستهدفلمدة8نانوثانيةفقط(1/125مليونمنالثانية)لمعرفةماإذاكانقدتمإنشاءالماسالنانوي(صورةالائتمان:هيوآخرون)】

الهدف الذي يحتوي على غشاء رقيق PET راتينج بسمك 0.1 مم يتم تسخينه على الفور إلى درجة حرارة عالية وضغط مرتفع بواسطة إشعاع الليزر. من خلال تطبيق الأشعة السينية هنا ، من الممكن التحقق من المواد التي تم إنتاجها في الهدف.

[▲الشكل3:حالاتالهيدروكربوناتالتيتظهرتحتظروفمختلفةمندرجةالحرارةوالضغطالمنطقةالمطليةباللونالبنفسجيفيالمنتصفهينطاقدرجةالحرارةوالضغطالتييتمفيهاإنتاجالماسنظريًا،وهومايتفقمعالنتائجالتجريبيةلهذاالوقت(رصيدالصورة:هووآخرون)】ليس الهيدروكربون نتيجة التجربةحتى مع راتينج PET ، يتم إنشاء ماسات نانوية صغيرة جدًا تبلغ 1/100 مليون من المتر

ومع ذلك ، اكتشفنا أيضًا العديد من الأشياء الجديدة.

أولاً ، لم ينتج الماس أقل من 74 جيجا باسكال وأكثر من 125 جيجا باسكال (1 جيجا باسكال = 10000 مرة من الضغط الجوي). في الحالة الأولى ، كان الضغط غير كافٍ لتوليد الماس ، وفي الأخير ، ذاب الماس بسبب ارتفاع درجة الحرارة بحوالي 6000 كلفن (حوالي 5700 ℃).من ناحية أخرى ، في النطاق من 74 إلى 125 جيجا باسكال ، وجد أنه كلما زاد الضغط ، زادت حبيبات الماس. تكرارا،الراتنج PET أسهل في تشكيل الماس من البوليسترين

كما اتضح أن تم بالفعل توضيح هذه النقطة نظريًا ، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم تأكيدها تجريبيًا.من هذه الأشياء ،يساعد وجود ذرات الأكسجين في تكوين الألماس

اتضح. من الممكن أيضًا أن يتم تكوين المزيد من الماس داخل الكواكب الجليدية العملاقة أكثر مما كان متوقعًا في السابق. بالإضافة إلى ذلك ، كانت النتائج التجريبية متوافقة مع الحدود النظرية حيث يتغير الماء المتولد من راتينج PET المتحلل من عازل إلى موصل تحت ظروف درجة حرارة عالية وضغط مرتفع.كان يُعتقد أن الكواكب الجليدية العملاقة ، التي تقع بين عمالقة الغاز والكواكب الصخرية ، نادرة.عمالقة الجليد هم غالبية الكواكب

وجد لاحتلاله نظرًا لأن نتائج هذه التجربة أقرب إلى الخصائص الفيزيائية للكواكب الجليدية العملاقة ، فإنها توفر أدلة على تكوين وتطور غالبية الكواكب في هذا الكون.بالإضافة إلى ذلك ، في هذه التجربة ، وجدنا أنه يمكن إنشاء الألماس النانوي عن طريق تطبيق شعاع ليزر واحد. في التجارب التي تمارس ضغطًا عاليًا باستخدام الليزر ، كان من الضروري تشعيع أشعة الليزر القوية من جميع الاتجاهات ، وكان مطلوبًا تحكمًا متقدمًا للغاية.ومع ذلك ، في هذه التجربة ، ليس كثيرًايمكن إنشاء الألماس النانوي بدون تحكم ليزر متقدم

أفهم.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعديل حجم الماس عن طريق تعديل طاقة الليزر ووقت التشعيع. نظرًا لأن الماسات النانوية تجذب الانتباه أيضًا في الصناعات الطبية والكيمياء التحفيزية والإلكترونيات ، فقد تسبب هذه الطريقة التجريبية ضجة في صناعة الألماس النانوي.

• مصدر Zhiyu He وآخرون.
• “حركيات تشكيل الماس في عينات C─H─O المضغوطة بالصدمات المسجلة بواسطة تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة وانحراف الأشعة السينية”. (تقدم العلوم) دومينيك كراوس.
• (2 سبتمبر 2022) “الماس النانوي من الزجاجات البلاستيكية”. (مركز هيلمهولتز دريسدن – روسندورف) مارفن روس.
• “الطبقة الجليدية في أورانوس ونبتون – ألماس في السماء؟”. (طبيعة سجية) ماجستير باريوس وآخرون.
• “قياسات عالية الدقة لمعادلة حالة الهيدروكربونات عند 1-10 ميغا بار باستخدام موجات الصدمة التي يقودها الليزر”. (المعهد الأمريكي للفيزياء ، فيزياء البلازما) تريستان جيلوت ودانييل جوتييه.
• “الكواكب العملاقة”. (arXiv) ر. ستيوارت ماكويليامز وآخرون.
• “الخصائص البصرية للهيدروجين السائل عند الانتقال إلى الحالة الموصلة”. (خطابات المراجعة المادية) كروس وآخرون.
• “تشكيل الماس في الهيدروكربونات المضغوطة بالليزر في الظروف الداخلية الكوكبية”. (علم الفلك الطبيعي) بيثكينهاجين وآخرون.
• “الكواكب الجليدية وتقريب الخلط الخطي”. (مجلة الفيزياء الفلكية) كروس وآخرون.
• “كيمياء الضغط العالي للهيدروكربونات ذات الصلة بالتصميمات الداخلية للكواكب واندماج الحبس بالقصور الذاتي”. (المعهد الأمريكي للفيزياء ، فيزياء البلازما) لودفيج شايب ونادين نيتلمان ورونالد ريدمر.
• “التطور الحراري لأورانوس ونبتون”. (علم الفلك والفيزياء الفلكية) ايه كيه شوستر وآخرون.
• “قياس معدلات نواة الماس من الهيدروكربونات في ظروف مماثلة للداخلية الكواكب الجليدية العملاقة”. (مراجعة البدنية ب) J. Lütgert ، وآخرون.
• “قياس بنية ومعادلة حالة البولي إيثيلين تيريفثاليت عند ضغوط ميجابار”. (التقارير العلمية) نيتلمان وآخرون.

“نظرية الأشكال من الترتيب السابع والديكورات الداخلية لكوكب المشتري وزحل”. (arXiv)