Metalliskt väte kommer att förändra teknikens ansikte - tills det avdunstar

Varken stål eller ens titan eller legeringar av sällsynta jordartsmetaller smids i smedjorna under XNUMX-talet. I dagens diamantstäd med metallglans lyste det vi fortfarande känner som den mest svårfångade av gaser...

Väte i det periodiska systemet är överst i den första gruppen, som bara inkluderar alkalimetallerna, det vill säga litium, natrium, kalium, rubidium, cesium och francium. Det är inte förvånande att forskare länge har undrat om det också har sin egen metalliska form. 1935 var Eugene Wigner och Hillard Bell Huntington de första som föreslog förhållanden under vilka väte kan bli metalliskt. 1996 rapporterade de amerikanska fysikerna William Nellis, Arthur Mitchell och Samuel Weir från Lawrence Livermore National Laboratory att väte av misstag producerades i metalliskt tillstånd med hjälp av en gaspistol. I oktober 2016 meddelade Ranga Díaz och Isaac Silvera att de hade lyckats producera metalliskt väte vid ett tryck på 495 GPa (ungefär 5×10)⁶ atm) och vid en temperatur av 5,5 K i en diamantkammare. Experimentet upprepades dock inte av författarna och bekräftades inte oberoende, Som ett resultat av detta ifrågasätter en del av forskarsamhället de slutsatser som formulerats.

Det finns förslag på att metalliskt väte kan existera i flytande form under högt gravitationstryck. inuti gigantiska gasplanetertill exempel Jupiter och Saturnus.

I slutet av januari i år har en grupp av prof. Isaac Silveri från Harvard University rapporterade att metalliskt väte hade producerats i laboratoriet. De utsatte provet för ett tryck på 495 GPa i diamantstäd, vars molekyler bildar H-gas₂ sönderdelade och en metallisk struktur bildades av väteatomer. Enligt författarna till experimentet, den resulterande strukturen metastabilvilket innebär att den förblir metallisk även efter att det extrema trycket upphör.

Dessutom, enligt forskare, skulle metalliskt väte vara högtemperatursupraledare. 1968 förutspådde Neil Ashcroft, fysiker vid Cornell University, att den metalliska fasen av väte kunde vara supraledande, det vill säga leda elektricitet utan värmeförlust och vid temperaturer långt över 0°C. Bara detta skulle spara en tredjedel av den el som för närvarande går förlorad vid överföring och till följd av uppvärmning av alla elektroniska enheter.

Vid normalt tryck i gasformigt, flytande och fast tillstånd (väte kondenserar vid 20 K och stelnar vid 14 K) leder detta element inte elektricitet eftersom väteatomerna kombineras till molekylpar och byter ut sina elektroner. Därför finns det inte tillräckligt med fria elektroner, som bildar ledningsbandet i metaller och är strömbärare. Endast stark kompression av väte för att bryta bindningarna mellan atomer gör det möjligt att teoretiskt frigöra elektroner och göra väte till en ledare av elektricitet och till och med en supraledare.

Väte komprimeras till metallisk form mellan diamanter

Den nya formen av väte kan också tjäna raketbränsle med exceptionell prestanda. "Att producera metalliskt väte kräver en enorm mängd energi", förklarar professorn. Silver. "När denna form av väte omvandlas till en molekylär gas frigörs mycket energi, vilket gör den till den mest kraftfulla raketmotorn som mänskligheten känner till."

Den specifika impulsen för en motor som kör på detta bränsle kommer att vara 1700 sekunder. För närvarande används vanligtvis väte och syre, och den specifika impulsen för sådana motorer är 450 sekunder. Enligt forskaren kommer det nya bränslet att tillåta vår rymdfarkost att gå in i omloppsbana med hjälp av en enstegsraket med en större nyttolast och tillåta den att nå andra planeter.

I sin tur skulle en metallisk vätesupraledare som arbetar vid rumstemperatur möjliggöra konstruktion av höghastighetstransportsystem med hjälp av magnetisk levitation, skulle öka effektiviteten hos elfordon och effektiviteten hos många elektroniska enheter. Det kommer också att ske en revolution på marknaden för energilagring. Eftersom supraledare har noll resistans skulle det vara möjligt att lagra energi i elektriska kretsar där den cirkulerar tills den behövs.

Var försiktig med denna entusiasm

Dessa ljusa utsikter är dock inte helt klara, eftersom forskare ännu inte har verifierat att metalliskt väte är stabilt under vanliga tryck- och temperaturförhållanden. Representanter för det vetenskapliga samfundet, som media kontaktade för kommentarer, är skeptiska eller i bästa fall reserverade. Den vanligaste premissen är att upprepa experimentet, eftersom en förmodad framgång är... bara en förmodad framgång.

Vid det här laget kan en liten metallbit bara ses bakom de ovan nämnda två diamantstäden, som användes för att komprimera flytande väte vid temperaturer långt under fryspunkten. Är prognosen från Prof. Kommer Silvera och hans kollegor verkligen att fungera? Låt oss se inom en snar framtid hur försöksledarna har för avsikt att gradvis minska trycket och öka temperaturen på provet för att ta reda på det. Och samtidigt hoppas de att vätet helt enkelt... inte ska avdunsta.