Металевий водень змінить обличчя техніки - доки він не випарується

У кузнях XNUMX століття не кують ні сталь, ні навіть титан або сплави рідкісноземельних елементів. У сьогоднішніх алмазних ковадлах із металевим блиском сяяло те, що ми знаємо досі як найневловиміший з газів.

Водень у таблиці Менделєєва знаходиться на вершині першої групи, в яку входять лише лужні метали, тобто літій, натрій, калій, рубідій, цезій та франція. Не дивно, що вчені давно задавалися питанням, чи він теж не має своєї металевої форми. У 1935 році Юджін Вігнер і Хіллард Белл Хантінгтон першими запропонували умови, за яких водень може стати металевим. У 1996 році американські фізики Вільям Нелліс, Артур Мітчелл і Семюел Вейр із Ліверморської національної лабораторії Лоуренса повідомили, що водень був випадково отриманий у металевому стані за допомогою газової гармати. У жовтні 2016 року Ранга Діас та Ісаак Сільвера оголосили, що їм вдалося отримати металевий водень при тиску 495 ДПа (приблизно 5×10).⁶ атм) та при температурі 5,5 К в алмазній камері. Однак експеримент авторами не повторювався і не був підтверджений незалежно, у результаті частина наукового співтовариства ставить під сумнів сформульовані висновки.

Є припущення, що металевий водень може бути в рідкій формі під високим гравітаційним тиском. усередині гігантських газових планетнаприклад Юпітер та Сатурн.

Наприкінці січня цього року гурт проф. Ісаак Сільвері з Гарвардського університету повідомив, що у лабораторії було отримано металевий водень. Вони піддали зразок тиску 495 ДПа в алмазних «ковадлах», молекули яких утворюють газ H₂ розпався, і з атомів водню утворилася металева структура. На думку авторів експерименту, отримана структура метастабільнащо означає, що він залишається металевим навіть після припинення екстремального тиску.

Крім того, на думку вчених, металевий водень був би високотемпературний надпровідник. У 1968 році Ніл Ешкрофт - фізик з Корнельського університету - передбачив, що металева фаза водню може бути надпровідною, тобто проводити електрику без будь-яких втрат тепла і за температур значно вище 0°С. Одне це дозволило б заощадити третину електроенергії, яка сьогодні втрачається під час передачі та внаслідок нагрівання всіх електронних пристроїв.

При нормальному тиску в газоподібному, рідкому та твердому стані (водень конденсується при 20 К і твердне при 14 К) цей елемент не проводить електрику, оскільки атоми водню об'єднуються в молекулярні пари та обмінюються своїми електронами. Тому не вистачає вільних електронів, які у металах утворюють зону провідності та є носіями струму. Тільки сильне стиснення водню з метою руйнування зв'язків між атомами дозволяє теоретично звільнити електрони і зробити водень провідником електрики і навіть надпровідником.

Водень, стиснутий у металеву форму між алмазами

Нова форма водню може також служити ракетне паливо з винятковими характеристиками. «Для виробництва металевого водню потрібна величезна кількість енергії, – пояснює професор. Срібний. «Коли ця форма водню перетворюється на молекулярний газ, вивільняється багато енергії, що робить його найпотужнішим ракетним двигуном, відомим людству».

Питомий імпульс двигуна, працюючого цьому паливі, становитиме 1700 секунд. В даний час зазвичай використовуються водень та кисень, а питомий імпульс таких двигунів становить 450 секунд. За словами вченого, нове паливо дозволить нашому космічному кораблю вийти на орбіту за допомогою одноступінчастої ракети з більшим корисним навантаженням і дозволить йому досягти інших планет.

У свою чергу металевий водневий надпровідник, що працює при кімнатній температурі, дозволив би будувати високошвидкісні транспортні системи з використанням магнітної левітації, підвищив ефективність електромобілів і ефективність багатьох електронних пристроїв. Відбудеться революція і на ринку накопичувачів енергії. Оскільки надпровідники мають нульовий опір, можна було б зберігати енергію в електричних ланцюгах, де вона циркулює доти, доки вона не знадобиться.

Будьте обережні з цим ентузіазмом

Однак ці блискучі перспективи не зовсім очевидні, оскільки вченим ще належить переконатися, що металевий водень стабільний за звичайних умов тиску та температури. Представники наукової спільноти, до яких ЗМІ звернулися за коментарями, налаштовані скептично або, у кращому разі, стримано. Найпоширеніший постулат - повторити експеримент, тому що один ймовірний успіх - це ... тільки ймовірний успіх.

На даний момент невеликий шматочок металу можна розглянути тільки за вищезгадані дві алмазні ковадла, які використовувалися для стиснення рідкого водню при температурі значно нижче замерзання. Чи є прогноз проф. Чи справді Сільвера та його колеги спрацюють? Подивимося найближчим часом, як експериментатори мають намір поступово знижувати тиск та підвищувати температуру зразка, щоб з'ясувати це. І при цьому вони сподіваються, що водень просто не випарується.