Metalinis vandenilis

Tarybinių mokslininkų grupė 1975 m. vasario 5 d. paskelbė, kad jiems pavyko gauti metalinį vandenilį.
Iš tikro, dar 1935 m. E. Vigneris ir H.B. Hantingtonas nuspėjo vandelinio virsmą į metalinę būseną veikiant aukštam slėgiui. Intensyvūs bandymai jį gauti vyko 20 a. 8-me dešimtm., bet nors ir pasiekta galimų jo gavimo požymių, užtikrintumo, kad jis buvo gautas, dar nebėra. 1996 m. Lawrence laboratorijos mokslininkai paskelbė jį gavę smūginės bangos pagalba. 2015 m. „Science“ paskelbtas straipsnis apie Sandia laboratorijų (JAV) ir Rostoko un-to (Vokietija) mokslininkų atliktą skysto deuterio suspaudimą naudojant Z-mašiną iki būsenos, kurioje pasireikia metalo savybės.

Kai talentingas buhalteris-tekintojas-astronomas Fridrichas Vilhelmas Beselis 1842 m., remdamasi 4- ių tada žinomų Jupiterio palydovų judėjimo ypatumais, nustatė šios planetos masę, astronomų nuomonė apie Jupiterį turėjo pasikeisti. 1318 k. už Žemę didesnis, jis už ją ik 388 k. sunkesnis, taigi jo tankis 4 k. mažesnis už Žemės ir vos 1,33 k – už vandens tankį. Jupiterio atmosferoje atradus didelius kiekius vandenilio ir jo junginių – amoniako ir metano – o taip pat helio, paaiškėjo, kad toji planeta labiau panaši į žvaigždę.

Vėliau paaiškėjo, kad 80% planetos masės sudaro vandenilis, apie 20% - helis ir tik mažą dalį sunkesni elementai – azotas, anglis ir kt. Jupiteryje nėra silikatų ir kitų „žemiškų“ junginių. Tokia neįprasta sudėtis ilgokai trukdė įsivaizduoti Jupiterio gelmių sandarą; ir tik 1948 m. S. Ramzėjui įrodžius, kad Jupiteris gali būti sudarytas vien iš vandenilio, susidarė šiandien labiausiai paplitęs jo modelis.

Jupiterio skersmuo per pusiaują yra 142,6 tūkst. km. Išorinis 10 tūkst. km sluoksnis yra vandenilio atmosfera, kurioje plauko ir Žemės matomi debesys. Ji paviršių slegia 200 tūkst. barų (1 atmosfera = 1,013 baro) slėgiu, tad galima sakyti, kad nėra griežtos ribos tarp atmosferos ir 60 tūkst. km gylio skysto vandenilio vandenynu. Po juo slypi metalinis vandenilio ir helio branduolys, kuriame slėgis siekia dešimtis ar šimtus milijonų barų, o temperatūra – kelis tūkstančius laipsnių.

Kietas molekulinis vandenilis žinomas nuo 19 a. pabaigos. Jo molekulinio kristalo kampuose yra vandenilio molekulės; jis labai lengvas – tankis tik 0,09 g/cm3, labai nepatvarus ir lydosi žemoje temperatūroje (15oK). Tai tipiškas dialektrikas, nes elektronai jo molekulėse tvirtai surišti su branduoliais. Tačiau minėtame Jupiterio modelyje branduolys turėtų būti sudarytas iš atominio vandenilio, pasižyminčio visomis metalų savybėmis.

Vandenilio spaudimas Įvairių autorių darbai rodė, kad toks pokytis turėtų įvykti 0,8-10 mln. barų slėgyje. Teoriškai nustatytos tokios medžiagos savybės. Skirtingai nuo metalų, pasižyminčių izotropija, metalinis vandenilis turi anizotropinę gardelę, t.y. jo savybės įvairiomis kryptimis nevienodos. Jis 7 k. tankesnis už kietą molekulinį vandenilį, bet lengvesnis už vandenį. Jis ne tik geras laidininkas, bet, spėta, ir superlaidus esant pakankamai aukštoms, artimoms kambario temperatūroms.

Jo sukūrimui Žemės sąlygomis buvo pasiūlyti du būdai. Pirmasis yra gauti reikiamą slėgimą sprogimu, bet jis turi daug trūkumų, neišsaugo gauto produkto, nes didelė dalis energijos virsta šiluma ir vandenilio kristalas paprasčiausiai turėtų išgaruoti. Buvo pasiūlyta įvairių patobulinimų, tačiau nė vienas negarantavo sėkmės.

Kitas būdas – sukurti presą, atlaikantį tokius slėgius. Normalios konstrukcinės medžiagos (pvz., plienai) „teka“ į visus plyšelius kaip mažai klampus skystis esant gerokai mažesniam slėgiui. Vis tik buvo pasirinktas šis būdas. Įrenginių kūrimas vienu metu vyko TSRS ir JAV. Aukštų slėgių fizikos institute Pamaskvėje buvo išbandytas įrenginys, kuriuo buvo galima sukurti 3 mln. barų slėgį. Jis buvo sumontuotas atskirame laboratoriniame korpuse ant 28 m storio betoninio pagrindo, be kurio, presui veikiant, aplink būtų jaučiamas 2-3 balų žemės drebėjimas.

Po kelių bandymų su neorganinėmis medžiagomis, buvo imtasi vandenilio, jo dulos buvo kondensuojamos ant deimantinių priekalų, atšaldytų iki 4,2oK. Kondensuojamo sluoksnio storis buvo reguliuojamas dujų kiekiu, po to suspaudžiamas. Nustatymui, ar vandenilis virto metaliniu, buvo matuojama varža.

Sukondensavus gana storus vandenilio sluoksnius ir juos suslėgus iki 3 megabarų, nebuvo pastebėta varžos pokyčių. Tai liudijo, kad vandenilis neišteka iš kameros, bet ir metaliniu nevirsta. Slegiant santykinai plonus vandenilio kondensato sluoksnius, jo varža staiga sumažėdavo bent milijonu kartų. Tačiau to nepakako. Reikėjo, kad sumažinus slėgį arba „atšildžius“ medžiagą, varža atsistatytų.

Tam reikėjo naujo eksperimento. Slėgis buvo mažinamas tol, kol medžiagos varža imdavo didėti. Tada, palaikant pastovų slėgį, buvo keliama kameros temperatūra – ir jai pasiekus 15- 17oK, medžiagos varža šuoliu padidėdavo milijoną kartų. Tie reiškiniai vyko 1 megabaro slėgyje, kas apytikriai atitiko teorines prognozes. Tada ir buvo paskelbta, kad atrastas metalinis vandenilis.

Triukšmai
Geodinamika
Garo tramdytojas
Robotų iškilimas
Greičiau už šviesą!
Kodėl dangus žydras?
Celuloidas – plastmasių prosenelis
Antigravitacijos paieškos
Žygiuojam į Saulės amžių
Pasikėsinimas į multivisatas
Kvantinio pasaulio katinai
Galvaninės teorijos pradžia
El. dalelių simetrija persmelkia viską
Degtukai – trumpas, bet svarbus gyvenimas
8 alternatyvūs energijos šaltiniai
Lemtingasis Rentgeno atradimas
Labai prasta balerina ir šuolis laike?
Šiuolaikinė fizika – į tiesą panašus mitas?
Kibernetikos istorijos etiudai, V. Nalimovas
Paslaptingas Tesla - gyvenimas ir palikimas
Amžinas judėjimas laiko kristaluose
Įvairiapusis Ričardas Feinmanas
Labai suderinta Visatos sandara
21 a. mokslo idėjos ir švietimas
Šaltoji branduolių sintezė
Hadronų koliderio kūrėjas
Tiltas per Beringo sąsiaurį
Kur viešpatauja chaosas?
Ugnies ekologija
Kvantinis chaosas
Laivai iš ledo
Ateities žmogus
Vartiklis
NSO.LT