Un team di ricercatori guidati dall’Università di Rostock e dal centro Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha ottenuto per la prima volta il carbonio liquido in condizioni di laboratorio, un’impresa ritenuta finora impossibile. Il risultato, pubblicato sulla rivista Nature, potrebbe rivelarsi fondamentale per il futuro delle centrali a fusione nucleare, grazie alle straordinarie proprietà di questo materiale.
Il carbonio ha un punto di fusione tra i più elevati in natura, circa 4.500 °C, e in condizioni normali non passa allo stato liquido: sublima direttamente in gas. Solo pressioni e temperature estreme permettono la transizione in una fase liquida stabile, condizioni che fino ad ora erano troppo difficili da ricreare e studiare con precisione.
Per superare questo ostacolo, il team europeo ha utilizzato il potente laser DiPOLE 100-X, sviluppato nel Regno Unito presso il Central Laser Facility dello STFC. Il sistema è stato impiegato all’interno dell’infrastruttura di ricerca European XFEL, dove ha creato le condizioni estreme necessarie per fondere campioni solidi di carbonio per una frazione di secondo. Durante questo brevissimo intervallo, un fascio di raggi X ha registrato le strutture atomiche del carbonio liquido attraverso la diffrazione.
Le immagini raccolte, vere e proprie “istantanee atomiche”, sono state ripetute centinaia di volte con parametri leggermente diversi, e combinate successivamente per ricostruire un quadro completo del passaggio da solido a liquido. I dati hanno confermato la validità di simulazioni teoriche precedenti, mostrando un comportamento complesso del carbonio liquido, paragonabile alla struttura peculiare dell’acqua.
Uno degli aspetti più affascinanti emersi dalle misurazioni è che, nel suo stato liquido, il carbonio conserva un’organizzazione simile a quella del diamante, con quattro atomi vicini a ciascun nucleo, segno di un ordine strutturale inaspettato per una sostanza allo stato liquido.
Il carbonio liquido potrebbe essere impiegato sia come fluido refrigerante nei reattori sia come moderatore per rallentare i neutroni, facilitando così le reazioni di fusione. Entrambi i ruoli sono fondamentali per rendere stabile ed efficiente il funzionamento di un reattore a fusione.
I ricercatori hanno sottolineato che il sistema D100-X è stato progettato proprio per investigare materiali in condizioni estreme, come quelle che si verificano nel cuore delle stelle o all’interno di reattori sperimentali. L’evoluzione futura di questo tipo di esperimenti potrebbe portare a ottenere risultati in tempi sempre più brevi, anche grazie a sistemi automatici di controllo e analisi dati ancora in fase di ottimizzazione.
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