高压物理学报

中科院成功合成金属氢!喜摘“高压物理圣杯”

 


众所周知!世界上最著名的科学技术奖是诺贝尔奖,每年一次的诺贝尔奖(Nobel Prize)的获奖次数取决于基金会的收入。最初的比例是英镑(美元)到英镑(美元)。由于通货膨胀和基金会的投资收益,奖金数额每年都在增加。最初大约是 30,000 美元,1960 年代是美元,1970 年代是美元,从 1990 年代开始,有 1000 万瑞典克朗(2006 年)。颁奖时约为 145 万美元。

金牌重约270克,含23K金,直径约6.5厘米,正面有诺贝尔浮雕图案。各种奖项和奖牌背面的装饰各不相同。每张获奖证书的设计也各有特色。仪式隆重而简单。起初,每年只有 1,500 至 1,800 人参加。现在大约有2000人。

参加会议的男性穿着燕尾服或民族服装,女性穿着晚装。他们用白色和黄色的花朵从圣莫里(意大利城市,诺贝尔的逝世地)空运来举行仪式,以表达他们对诺贝尔的敬意。 .但就我国具体国情而言,我国科学技术发展迅速,中国科学家也取得了许多显著成就。此前中科院在材料技术上的突破,有望成为诺贝尔奖最有利的竞争者。


众所周知!早期武器的核心部分是火药,但现阶段,环三甲基三硝胺(RDX)和TNT及相关混合装药共同占据了炸药领域的半壁江山。但人类从未停止过在炸药方面的进一步技术突破,以获得更强大的武器。现阶段,基于化学能的含能材料已达到瓶颈,高能量密度炸药成为新的研究方向。大概只有金属氢、全氮物质、核等能学等高能量密度材料才能达到标准。

在此之前,好消息传来,中科院固体所量子中心、合肥研究院的研究人员,在前期工作的基础上,基于金刚石砧装置,结合脉冲激光加热技术,在实验室中创造了可以模拟地核的极端温度和压力条件,使氢气成功转化为金属态。并进一步进行技术改进,一举夺得“高压物理圣杯”。那么这个“高压物理学的圣杯”在哪里?


首先,氢本身就是一种巨大的能源燃料。在室温下,它是一种气体,在低温下可以变成液体。当温度下降到-259°C时,它变成固体。在固态氢上,如果有几百万个大气压的高压,就会变成金属氢。地球自然状态下不存在金属氢,因此人们普遍认为,液态和固态的金属氢只有在木星和土星核心的高压和低温下才会出现。可以想象这种材料是多么的稀有。

金属氢是一种高密度、高储存容量的物质,还可能具有高温超导性。它本身储存了相当多的能量,理论上比普通TNT炸药更好。它大 30-40 倍。这种威力,单独作为炸弹使用,已经是非常强大了。如果能用在战术氢弹上,替代原有的核裂变材料,那么这种威力不容小觑。

其实,早在1930年代,美国著名物理学家E.P.维格纳等人就预言,在一定的压力下,清辉会表现出金属的独特性质。从气体到金属的转变并不像状态变化那么简单。氢被“转化”后,还拥有不可思议的“超能力”。因此,在科学界,人们称它为炸药中的“力量之王”。


理论上预测金属氢作为超高能物质,其能量密度为218 kJ/g,比TNT炸药(4.65 kJ/g)高50倍,比Ottokin HMX(5.53 kJ/g)高40倍。也就是说,金属氢的爆炸威力是目前高能炸药的50倍以上,可以用来制造威力更大的炸药和发射器。

比如之前美国引进的密苏里号战列舰406毫米口径主炮,高爆炮弹重862公斤,弹头装药约70公斤。如果换成金属氢气相当于装在一个同样大小的弹头中约3吨的炸药,其威力可想而知。

同时,随着金属氢的突破,新一代核武器迎来发展机遇。因此,它被美国研究人员视为制造“亚核”武器的理想材料。除了常规武器,金属氢还能帮助人类研制新一代氢弹。现有的氢弹都是利用原子弹爆炸引发核聚变,从而实现氢弹爆炸。为此,原子弹和氢弹都可能造成严重的核污染。如果能产生大量的金属氢,利用其爆炸威力引发核聚变,那么这种新一代氢弹爆炸后会非常“干净”。以变??相的形式提供地球的“安全”。

当然,除了军用,金属氢在民用领域也大有可为。金属氢在室温下作为超导体的理论预测结果。使用金属氢制作电线,可以避免传输损耗;用氢气做发电机可以大大减轻重量,增加输出功率;利用磁悬浮技术可以使超高速磁悬浮列车的研究取得质的突破;而如果使用金属氢,核磁共振装置可以大大降低制造和使用维护成本,而且精度更高。