Какво би било, ако съществува вещество, което може да бъде най-мощното в света ракетно гориво с плътност на енергията двадесет пъти по голяма от тази на горивото на Space Shuttle? Това вещество би могло да бъде и първото в света със свръхпроводимост при стайна температура! Ако бъде създадена нова технология за производството на подобно вещество, то това би било невиждано голяма крачка напред за цялото човечество - компютрите могат да станат изключително бързи и ще стане възможно да се осъществи вековната мечта на хората за изграждането на термоядрени реактори, осигуряващи безкрайна и почти безплатна енергия. За първи път хипотезата за съществуването на подобно вещество бе обявена през 1935 година. Оттогава учените без да жалят време и сили, опитват да прокарат пътя към неговото създаване. Днес, ние сме с една стъпка по-близо до създаването на подобно вещество.
Както обикновено, всичко започва с водорода. Водородът пронизва цялата Вселена. Той е най-разпространеният от всички химични елементи - неговата молекула се състои само от един протон и един електрон. Но докато водородът в газообразно състояние е обикновено елементарно вещество, то при прехода от едно състояние към друго неговата сложност многократно нараства. При изключително високо налягане се нарушават връзките между протона и електрона, като при този процес водородът не се превръща в плазма или газ под налягане, а в течен метален водород.
Ключовата дума тук е метален. Теоретичната физика от 1935 година прогнозира, че при достатъчно високо налягане водородът ще започне да проявява метални свойства, понеже при разпадането на молекулите на съставните си части той ще се превърне в електрически проводник. Металите по принцип имат подчертан блясък и здравина, което означава, че обикновеният прозрачен водород в подобни условия ще стане непрозрачен.
Но по какво се различава металният водород от например, разтопеното злато? Разликата е в това, че обикновените метали имат решетка на атомарно ниво. Самата решетка е сформирана от йони, заобиколени от свободно движещи се електрони. Металният водород не е в състояние да образува подобна решетка, понеже водородът няма нищо друго, освен един протон и няма от какво да бъде изградена атомната решетка. Именно това е причината металният водород да има редица уникални свойства.
Под наситената с пари повърхност на Юпитер се простира загадъчно преливащ в различни цветове океан от течен метален водород със странни по форма вихри
Счита се, че водородът в метално състояние е метастабилен или с други думи той ще запази металната си структура дори и когато налагането се възвърне към нормалното си ниво. Процесът много прилича на начина на превръщането на въглерода в диамант - за това преобразуване е необходимо да се приложи огромно налягане, но след премахването на това налягане диамантът не се връща към предишното състояние на въглерода, а си остава диамант. Само че засега няма как да проверим метастабилността на водорода, понеже на Земята няма метален водород и досега никой не е успял да създаде това вещество. Но сега в списание Nature бяха публикувани нови многообещаващи и перспективни изследвания.
За да се постигне необходимото много високо налягане се използва камера с диамантени наковални, а водородът е обкръжен от тънко метално фолио
В началото учените са започнали експериментите с прилагането на неособено високо налягане. - няколко ГПа върху неголям обем плътен водород. При тези условия веществото е останало прозрачно както на видима светлина, така и в инфрачервения спектър. Но както казахме по-горе, металите имат блясък и са непрозрачни. Когато налягането е било увеличено до 400 ГПа и нагоре - тоест, 4 милиона пъти по-високо от атмосферното налягане, образецът е престанал да бъде прозрачен във видимия спектър. След това налягането е било постепенно повишено до над 400 ГПа и при 425 ГПа водородът е станал непрозрачен и в инфрачервения спектър. Нещо повече, водородът е започна да отразява светлината - тоест, той е получил ново свойство и изследователите са се убедили, че теорията е вярна и образецът водород е преминал към дългоочакваното метално състояние.
С повишаване на налягането водородът придобива нови свойства
За съжаление, при този експеримент не бе доказана метастабилността на водорода и той се е върнал към предишното със състояние. Учените не са сигурни, че при повишаване на налягането до над 425 ГПа водородът би запазил металните си свойства. Причината е, че днешните технологии не дават възможност за измерване свойствата на водорода под високо налягане и ниски температури. Това е и причината изследователите да не успеят да измерят електрическата проводимост на този водород подложен на високо налягане, а това би било най-категоричното доказателство за получаването на метален водород. Дори и компютърните модели, прогнозиращи какво би трябвало да е налягането, при който водородът се превръща в метал, не мога да се считат за точни, понеже в тях трябва да бъдат добавени необходимите промени относно процесите протичащи на квантово ниво, но засега науката не стигнала толкова далече.
Това изследване към днешен ден се счита за най-доброто доказателство, че водородът наистина може да преминава към метално състояние. Ако учените наистина успеят да получат метален водород, то това вещество ще се появи на нашата планета за първи път от нейната цяла история. Според постигнатото досега, това трябва да стане през следващите 10-15 години.
Така изглежда отвътре един голям резервоар за течен водород
Металният водород е идеален за ракетно гориво, понеже е лек и има малък обем. Преобразуването на металния водород в молекулярен водород е съпроводено с отделянето на огромно количество енергия. При неговото използване няма да се налага ракетите да имат две степени и ще е достатъчна само една.
Използването на металния водород ще даде възможност за уверено изследване на съседните светове и едновременно с това може да доведе до изключително бърз прогрес на нашата планета. С негова помощ могат да бъдат създадени нови технологии за акумулиране и пренос на енергия, евтин транспорт от нов тип и кардинална промяна на устройствата, които използване в ежедневния живот. Това откритие може да стане едно от най-важните в историята на човечеството.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
16.03 2021 в 15:35
Последни коментари