高功率激光器首次产生液态碳，推动聚变烧蚀器设计的发展

研究人员通过拍摄到了研究人员首次捕捉到了液态碳在接近一百万个大气压下的详细 X 射线衍射快照，揭示了一种瞬时的四面体结合流体，而不是密集的原子汤。测量是通过向玻璃碳发射 DiPOLE 100-X 激光，并用欧洲 XFEL 发射的 18 keV 脉冲探测震荡物质而完成的，结果显示每个原子大约有四个近邻--与简单液体中的十几个近邻相去甚远--这为极端条件下的碳量子分子动力学模拟提供了一个可靠的基准。

研究小组在大约 80 GPa 的压力下观察到从无定形碳到金刚石的转变，随后在大约 160 GPa 的压力下完全熔化成液体。对衍射数据的傅立叶分析表明，第一壳配位数为 3.78 ± 0.15，熔融时的体积跃迁为 7%，与最近的第一原理计算值一致。这些数据还允许对熔化潜热（约 130 kJ mol-1）进行实验估算，并验证了在此压力范围内碳熔化曲线的正 11 K GPa-1 斜率。

这种微观洞察力对惯性约束聚变（ICF）非常重要。目前的点火设计，包括美国国家点火装置的 创纪录的点火它依赖于一个高密度碳（金刚石）外壳，该外壳环绕并对称地压缩一个氘氚靶。在最初的冲击中，碳壳被有意地逼近熔点；碳壳的反应--强度、不透明性、热容量--为内爆的其余部分奠定了基础。因此，对液态碳的结构和状态方程的全面了解可直接用于未来的聚变烧蚀器设计和预测性流体力学建模。

这项研究还凸显了晶体碳涂层和非晶碳涂层之间的性能差距。新兴的集成电路框架概念正在探索密度较低、富含氢气的无定形薄膜，以减轻预热并改善内爆对称性。新的液态数据为定制这些薄膜提供了一条途径：匹配孔隙率、调整光学深度以及选择在冲击载荷下保持良好熔融特性的成分。

除了直接制造目标之外，这些结果还可作为机器学习原子间位势的高质量训练集，从而大大加快冲击下碳分子动力学模拟的速度--让您达到更大的系统尺寸和更长的时间尺度，而这在其他情况下是不现实的。