加州大學圣地亞哥分校的科學家開展的一項研究，發現了核聚變實驗中使用的金剛石膠囊在所需高壓下產生結構缺陷的情況。
研究人員在新聞稿中稱，這些發現有助于指導改進太空艙設計和模型，實現更均勻的內爆，從而最大限度提高聚變實驗的能量輸出。該研究與勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置(NIF)等設施的研究相關，這些設施致力于研究慣性約束聚變作為潛在能源。
在相關實驗里，強大的激光會壓縮裝有氘和氚燃料的金剛石膠囊，目標是產生對稱內爆，讓燃料承受核聚變所需的高壓和高溫。新聞稿指出，研究人員通過高功率脈沖激光模擬極端條件發現，鉆石會形成一系列缺陷，從細微的晶體扭曲到完全無序的狹窄區域或非晶化，這些缺陷會破壞內爆對稱性，降低能量產量，甚至阻止點火。
該研究詳細描述了鉆石內部在極短時間內發生的物理過程。激光驅動的壓縮過程產生的沖擊波，在約一納秒的時間內，在材料內部產生高壓和相關的高剪切應力。研究還補充說明，金剛石本質上是脆性材料，在環境條件下缺乏位錯活動，這種室溫下的脆性使得在沖擊條件下檢查其行為頗具挑戰，且樣品碎裂使沖擊后的顯微鏡分析變得復雜。
研究人員對單晶金剛石試樣在不同沖擊壓力下進行實驗。結果顯示，在69吉帕斯卡(GPa)的壓力下，金剛石僅表現出彈性變形，保留了無缺陷的晶格;在115 GPa的壓力下，高剪切應力會在結構中產生缺陷，而堆垛層錯、位錯和孿生可以緩解這些缺陷。
這項工作首次在實驗中觀察到了沖擊誘導的鉆石非晶化，這種材料反應此前雖已通過分子動力學模擬預測，但在實驗室環境中從未見過。研究指出，像鉆石這樣具有“開放”晶體結構的材料，在壓力下容易發生結構坍塌，鉆石立方結構的原子堆積因子為0.34，遠低于普通金屬(0.68至0.74)。研究強調，疊加在靜水壓力上的剪切應力在相變和固態非晶化中起著重要作用。
深入了解這些缺陷形成的方式和原因，能夠為改進模擬內爆過程的計算機模型提供數據。
