"Den praktiske brug af metallisk hydrogen bør tilskrives science fiction"

“Den praktiske brug af metallisk hydrogen bør tilskrives science fiction”

Sergey Stishov
"Kommersant Science" №1, februar 2017

Forskere ved Harvard University rapporterede at modtage – under pres på omkring 5 millioner atmosfærer – hydrogen i en metallisk tilstand. Videnskabelig direktør for Institut for Højtryksfysik, RAS, Akademiker Sergey Stishov fortæller om historien og udsigterne for metallisk hydrogen.

Hydrogen findes sædvanligvis i molekylær form, det vil sige i form af molekyler bestående af to protoner og to elektroner. Men hvis du deler molekylet, får du atom hydrogen, der består af en proton og en elektron og repræsenterer en komplet analog af alkalimetaller. Ved atmosfærisk tryk er atomvandet ustabilt og går hurtigt ind i molekylær form. Imidlertid foreslog den britiske videnskabsmand John Bernal, en berømt kæmper for fred og forfatteren af ​​originale videnskabelige ideer (for eksempel om væskestrukturen, om olivin-spinelovergangen i jordens indre) i det trediverne af det sidste århundrede, at atomvandet kan være stabilt ved højt tryk. Denne ide tiltrak teoretikerne Wigner og Huntington, der lavede de tilsvarende beregninger i 1935.Bernals hypotese blev bekræftet – ifølge de ovennævnte beregninger kommer molekylær hydrogen ind i atommetalfasen ved høje tryk på ca. 250 tusind atmosfærer med en signifikant stigning i densitet (i lyset af moderne forskning ser estimatet meget omtrentligt ud).

Imidlertid har problemet med metallisk hydrogen i lang tid ikke været fokus for forskere inden for højtryksfysik. Vi bør kun nævne de teoretiske værker af A. A. Abrikosov (nu nobelpristageren) og V. P. Trubitsyn, lavet i 1950'erne i det sidste århundrede og viet til strukturen af ​​hydrogenplaneterne: Jupiter og Saturn.

En eksplosion af interesse for problemet opstod i 1968, da den amerikanske fysiker Neil Ashcroft offentliggjorde en artikel, hvori han hævdede, at atomisk metallisk hydrogen produceret ved højt tryk kunne forblive stabilt ved atmosfærisk tryk. Men vigtigst af alt viste Ashcroft at metallisk hydrogen kan have superledningsevne ved stuetemperatur. Dette var den vigtigste motivation for yderligere forskning. FaktiskAt opnå et materiale med superledningsevne ved stuetemperatur ville betyde en revolution i energiteknik.

Flere eksperimentelle grupper har meddelt, at de har til hensigt at engagere sig i produktion af metalbrint. Neil Ashcroft og Arthur Ruoff fra Cornell University (USA) var blandt de første til at annoncere selv. I et interview offentliggjort i Fysik i dag i begyndelsen af ​​1970'erne sagde de, at hvis de havde finansiering, ville de lave metallisk hydrogen inden for et år.

Det må siges, på dette tidspunkt var det allerede klart, at for at producere metallisk hydrogen ville det tage et tryk på mindst en million atmosfærer. Og ingen vidste, hvordan man skulle få denne million. Ruoff i Cornell byggede et stort fladskærmsapparat, som det viste sig at være umuligt at opnå det nødvendige tryk. Andre grupper i USA og Rusland begyndte at forberede udstyr til måling af statens ligning og smeltekurven i molekylfasen. På Højtryksfysik Institute of Higher Pressure Physics (IHPD) fra USSRs Videnskabsakademi begyndte folk at tænke på, hvordan man tilpassede den store presse med en kraft på 50 tusind tons for at søge metalbrint. Teoretikere begyndte igen og igen at beregne trykket af overgangen af ​​hydrogen til metallisk tilstand, temperaturen af ​​dens superledende overgang,analysere egenskaberne af den metastabile fase af metallisk hydrogen (E. G. Brovman og Y. Kagan). Ginzburg (kommende nobelpristager) – apologet af superledning i alle dens former og forfatter til den banebrydende arbejde inden for dette område (den berømte Ginzburg – Landau) – var så fascineret af udsigten til stuetemperatur superledning, annoncerede metallisk brint problem som en af ​​de vigtigste problemer i fysik fast krop. Kort sagt er arbejdet påbegyndt.

Samtidig optrådte fantastiske forudsigelser i den uvitende presse. For eksempel kan det metalbrint være de letteste skudtætte jakker eller dele af rumraketter, der kan bruges som brændstof. Forskere protesterede ikke særlig mod sådanne fabrikationer, og nogle gange begyndte de sig selv, fordi det hjalp med at få finansiering.

Anyway, problemet med metallisk hydrogen, potentielt har mirakuløse egenskaber, købt ganske total og endog arten af ​​staten i 1970'erne. For at bekræfte dette vil jeg fortælle en lille historie.I 1977 besøgte jeg flere amerikanske universitets- og nationale laboratorier, blandt andet det Argonne National Laboratory, hvor jeg talte med en af ​​medarbejderne Jim Yogerson. Et par år senere, på et møde, fortalte Jim mig, at efter mit besøg i Argonne viste repræsentanter for de hemmelige tjenester sig for ham og forsøgte at finde ud af om det var sandt, at akademikeren LF Vereshchagin døde som følge af en eksplosion af metalbrint opnået på hans institut (IHFA) (L F. Vereshchagin døde i 1977 kort før mit besøg i USA af grunde, der ikke var relateret til hydrogentemaet). Denne historie viser, at den amerikanske statsautomat overvåger situationen og tog de mest latterlige fabrikationer alvorligt. Desuden frygtede amerikanske embedsmænd, der var opvarmet af pressen og forskerne, at metallisk hydrogen ville blive produceret først i Sovjetunionen. Stor presse IFVD gav dem ikke fred.

Ikke desto mindre var der ingen reelle fremskridt på vejen for at nå de millioner af tryk, indtil Peter Bell og Dave Mao fra Geophysical Laboratory (Washington, USA) i 1977 udtalte, at de nåede 1,7 millioner atmosfærer i en miniature enhed (diamantamboler) , hvilket tryk der er skabt ved hjælp af to diamanter. Isen er brudt.Begyndte reel forskning på hydrogen. Men over tid viste det sig, at der kun er tre effektive spillere. Disse er Arthur Ruoff fra Cornell, Russell Hemley og Dave Mao fra det geofysiske laboratorium og dagens helt Hayk Silver (Isaac Silvera) fra Harvard (alle fra USA). Ike blev anerkendt for sit arbejde om stabilisering af atomvandet ved deponering på et substrat, som blev forkælet af superfluid helium, udført under sit ophold i Holland.

Diamantamboler giver dig mulighed for at få tryk op til 5 millioner atmosfærer, men i en meget lille prøve – mikron størrelse

I løbet af årene med forskning er der opnået mange eksperimentelle data under forhold med højt statisk og dynamisk tryk. Bill Nellis fra Livermore Laboratory (USA) hævdede, at flydende deuterium (en hydrogenisotop) går ind i en metallisk væske ved høje tryk og temperaturer skabt af stærke stødbølger. Forbedring af eksperimentets teknik nærmede forskerne, trin for trin, det tryk, der regerede i midten af ​​jorden (ca. 4,5 millioner atmosfærer). Men hydrogen ønskede ikke at metalisere. Forskerne henvendte sig til forbindelser af hydrogen og flydende hydrogen,mange interessante resultater blev opnået, men fast hydrogen forblev adamant.

Og endelig, i januar i år offentliggør Ike Silvera i tidsskriftet Videnskab besked om produktionen af ​​metallisk hydrogen ved et tryk på ca. 5 millioner atmosfærer. Denne erklæring blev straks kritiseret af konkurrerende forskere (E. Grigoryants, Edinburgh, M. Yeremets, Mainz), selv om det blev støttet af far til hele denne aktivitet, Neil Ashcroft.

Uanset situationen yderligere er det klart, at metallisk hydrogen er opnået – eller vil blive opnået. Men det er vigtigt at vide, at mængden af ​​stof produceret i diamantamboler kan placeres på spidsen af ​​en tynd syål. Af denne grund skal alle projekter relateret til den praktiske brug af metallisk hydrogen tilskrives science fiction genren.

Referencer:
1. Wigner E., Huntington H. B. J. Chem. Phys. 3, 764 (1935).
2. Abrikosov A.A., Astron. Zh. 31, 112 (1954); JETP 39, 1797 (1960); JETP 41, 569 (1961); JETP 45, 2038 (1963).
3. Trubitsyn V.P. FTT 7, 3363 (1966); FTT 8, 862 (1966).
4. Ashcroft N. W. Phys. Rev. Lett. 21, 1748 (1968).
5. Brovman E. G., Kagan Y., Kholas A. JETP 61, 2429 (1971); JETP 62, 1492 (1972).
6. Ginzburg V.L. UFN 103, 87 (1971).
7. Dias R. P., Silvera I. F. Videnskab (2017), doi: 10.1126 / science.aal1579.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: