Metallisk hydrogen vil forandre teknologiens ansikt – helt til det fordamper
I smiene i det XNUMX århundre blir verken stål eller titan eller legeringer av sjeldne jordartsmetaller smidd. I dagens diamantambolter med metallisk glans lyste det vi fortsatt kjenner som den mest unnvikende av gasser ...
Hydrogen i det periodiske systemet er på toppen av den første gruppen, som bare inkluderer alkalimetaller, det vil si litium, natrium, kalium, rubidium, cesium og francium. Ikke overraskende har forskere lenge lurt på om den også har sin metalliske form. I 1935 var Eugene Wigner og Hillard Bell Huntington de første som foreslo forhold som hydrogen kan bli metallisk. I 1996 rapporterte amerikanske fysikere William Nellis, Arthur Mitchell og Samuel Weir ved Lawrence Livermore National Laboratory at hydrogen ved et uhell hadde blitt produsert i metallisk tilstand ved hjelp av en gasspistol. I oktober 2016 kunngjorde Ranga Diaz og Isaac Silvera at de hadde lyktes med å skaffe metallisk hydrogen ved et trykk på 495 GPa (omtrent 5 × 106 atm) og ved en temperatur på 5,5 K i et diamantkammer. Eksperimentet ble imidlertid ikke gjentatt av forfatterne og ble ikke uavhengig bekreftet. som et resultat av dette stiller en del av det vitenskapelige miljøet spørsmål ved de formulerte konklusjonene.
Det er forslag om at metallisk hydrogen kan være i flytende form under høyt gravitasjonstrykk. inne i gigantiske gassplanetersom Jupiter og Saturn.
I slutten av januar i år ble en gruppe prof. Isaac Silveri fra Harvard University rapporterte at metallisk hydrogen hadde blitt produsert i laboratoriet. De utsatte prøven for et trykk på 495 GPa i diamant "ambolter", hvis molekyler danner gassen H2 gikk i oppløsning, og en metallstruktur ble dannet fra hydrogenatomer. Ifølge forfatterne av eksperimentet, den resulterende strukturen metastabilsom betyr at den forblir metallisk selv etter at det ekstreme trykket har opphørt.
I tillegg, ifølge forskere, ville metallisk hydrogen være det høytemperatur superleder. I 1968 spådde Neil Ashcroft, fysiker ved Cornell University, at den metalliske fasen av hydrogen kunne være superledende, det vil si lede elektrisitet uten varmetap og ved temperaturer godt over 0°C. Dette alene ville spare en tredjedel av elektrisiteten som går tapt i dag ved overføring og som følge av oppvarming av alle elektroniske enheter.
Under normalt trykk i gassform, flytende og fast tilstand (hydrogen kondenserer ved 20 K og størkner ved 14 K), leder ikke dette elementet elektrisitet fordi hydrogenatomer kombineres til molekylpar og utveksler elektronene deres. Derfor er det ikke nok frie elektroner, som i metaller danner et ledningsbånd og er strømbærere. Bare en sterk kompresjon av hydrogen for å ødelegge bindinger mellom atomer frigjør teoretisk elektroner og gjør hydrogen til en leder av elektrisitet og til og med en superleder.
Hydrogen komprimert til en metallisk form mellom diamanter
En ny form for hydrogen kan også tjene rakettdrivstoff med eksepsjonell ytelse. "Det krever en enorm mengde energi å produsere metallisk hydrogen," forklarer professoren. Sølv. "Når denne formen for hydrogen omdannes til en molekylær gass, frigjøres mye energi, noe som gjør den til den kraftigste rakettmotoren som er kjent for menneskeheten."
Den spesifikke impulsen til en motor som kjører på dette drivstoffet vil være 1700 sekunder. For tiden er hydrogen og oksygen ofte brukt, og den spesifikke impulsen til slike motorer er 450 sekunder. Ifølge forskeren vil det nye drivstoffet tillate romfartøyet vårt å nå bane med en ett-trinns rakett med større nyttelast og la den nå andre planeter.
I sin tur vil en metallisk hydrogensuperleder som opererer ved romtemperatur gjøre det mulig å bygge høyhastighets transportsystemer ved hjelp av magnetisk levitasjon, vil øke effektiviteten til elektriske kjøretøy og effektiviteten til mange elektroniske enheter. Det vil også skje en revolusjon i energilagringsmarkedet. Siden superledere har null motstand, vil det være mulig å lagre energi i elektriske kretser, hvor den sirkulerer til den trengs.
Vær forsiktig med denne entusiasmen
Disse lyse utsiktene er imidlertid ikke helt klare, ettersom forskerne ennå ikke har bekreftet at metallisk hydrogen er stabilt under normale forhold med trykk og temperatur. Representanter for det vitenskapelige miljøet, som har blitt kontaktet av media for kommentarer, er skeptiske eller i beste fall reserverte. Det vanligste postulatet er å gjenta eksperimentet, fordi en antatt suksess er ... bare en antatt suksess.
For øyeblikket kan en liten metallbit bare sees bak de nevnte to diamantamboltene, som ble brukt til å komprimere flytende hydrogen ved temperaturer godt under frysepunktet. Er spådommen til prof. Vil Silvera og kollegene virkelig jobbe? La oss se i nær fremtid hvordan forsøkslederne har til hensikt å gradvis redusere trykket og øke temperaturen på prøven for å finne ut. Og når de gjør det, håper de at hydrogenet bare... ikke fordamper.
