Je leest:

Persen met gelaserd diamant

Persen met gelaserd diamant

Auteur: | 3 mei 2007

Amerikaan Raymond Jeanloz onderzoekt het samengeperste hart van reuzenplaneten. Zijn “telescoop”: een enorme laser die op een diamant schiet. Daarmee kan Jeanloz’s team materialen blootstellen aan miljoenen malen onze atmosferische druk. De combinatie van twee perstechnieken bouwt 100 tot 1000 keer de druk op van andere installaties, schrijft Jeanloz in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Duikers weten het uit ervaring: hoe meer water boven je hoofd, hoe hoger de druk. Ook geologen en planeetonderzoekers hebben daar last van. Het gewicht van duizenden kilometers rots perst de kern van de aarde samen met honderdduizend tot een paar miljoenen keer de luchtdruk. In reuzenplaneten als Jupiter loopt de druk nog verder op. Rotsen en gassen gedragen zich daar compleet anders dan in de open lucht.

‘Als we materiaal samenperson onder een miljoen atmosfeer, verandert de scheikunde dramatisch’, vertelt Jeanloz in een persbericht: ‘doorzichtig niet-geleidend materiaal wordt metaalachtig of zelfs supergeleidend. Het hele Periodiek Systeem verandert bij hoge druk’. Wie de samenstelling van planeetkernen wil onderzoeken, moet ze in het laboratorium nabootsen met persinstallaties. Jeanloz’s team combineerde twee bestaande methodes en haalde zo voor het eerst de druk in het binnenste van een reuzenplaneet.

Tussen twee diamanten zit materiaal samengeperst onder enorme druk. Een krachtige laser laat een van de twee diamanten verdampen; de schokgolf jaagt de druk nog eens verder omhoog, tot 10 miljoene maal de luchtdruk. Het onderzochte materiaal wordt daardoor nog sterker samengeperst dan in de kern van de aarde. bron: Raymond Jeanloz / UC Berkeley.

Jeanloz was 25 jaar geleden al betrokken bij de race naar steeds hogere druk. Hij hielp toen bij het ontwikkelen van de diamantpers. Twee diamanten worden op elkaar geduwd en tussen de scherpe randen van het hardste materiaal op aarde ontstaat dan een enorme druk. In zo’n pers is een druk tot 4 à 5 miljoen atmosfeer op te wekken. Eén atmosfeer is één keer de luchtdruk aan het aardoppervlak. Eerder werd al ontdekt dat magnesium, silicium en zuurstof in een diamantpers bij 100.000 atmosfeer samensmelten tot perovskiet. Dat is een van de meest voorkomende materialen in de aardmantel, en ontstaat blijkbaar alleen bij zulke enorme druk en dus diep in de aarde.

De nieuwe persmethode begint met samengeperst materiaal tussen diamanten diamant en voert de druk nog verder op met een krachtige laser. Jeanloz beschrijft in het PNAS-artikel hoe hij één van de twee diamanten beschoot met de krachtige Omega-laser van de Universiteit van Rochester in New York. In een paar miljardste van een seconde goot die 30.000 joule in de diamant. Dat is duizend keer méér warmte dan een gloeilamp in een seconde uitstraalt. Door het laserschot verdampt de diamant en trekt een schokgolf door het al samengeperste materiaal; volgens Jeanloz schiet de druk omhoog naar tien miljoen atmosfeer. In de één of twee miljardste seconde dat die druk heerst kunnen lasers metingen doen aan de samenstelling van het geschokte sample.

De nieuwe methode kan allerlei stoffen samenpersen en zo verschillende plaatsen in het heelal simuleren. Gassen als waterstof en helium zijn interessant omdat ze voorkomen in het hart van alle sterren, maar ook zwaardere elementen worden geknepen. Die zitten opeengedrukt in de kern van rotsplaneten zoals de aarde.

In een diamantcel wordt enorme druk ontwikkeld tussen de scherpe randen van twee perfecte diamanten. Diamant is de hardste stof op aarde en twee scherpe diamantranden concentreren zelfs een klein beetje kracht tot een druk van honderdduizend of een miljoen atmosfeer. Laserlicht en röntgenstraling worden gebruikt om de eigenschappen van het samengeperste materiaal te bepalen. bron: Argonne National Laboratory. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Exoplaneten

De Amerikanen hopen hun techniek verder te ontwikkelen met een nog sterkere laser. Volgens Jeanloz kan de superlaser van de National Ignition Facility een druk boven de miljard atmosfeer opwekken: nog eens honderd keer hoger dan in het hart van Jupiter, de grootste planeet in ons zonnestelsel. De planeetonderzoeker denkt dat zulke druk voorkomt in de 227 exoplaneten rond andere sterren die astronomen de laatste 15 jaar hebben ontdekt. ‘We willen begrijpen wat er gebeurt in zulke gasreuzen’, vertelt Jeanloz: ‘die zijn zo zwaar dat de druk in hun binnenste oploopt tot honderden en misschien wel duizend miljoen atmosfeer’.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 03 mei 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.