加州大学圣地亚哥分校的科学家开展的一项研究，发现了核聚变实验中使用的金刚石胶囊在所需高压下产生结构缺陷的情况。
研究人员在新闻稿中称，这些发现有助于指导改进太空舱设计和模型，实现更均匀的内爆，从而最大限度提高聚变实验的能量输出。该研究与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(NIF)等设施的研究相关，这些设施致力于研究惯性约束聚变作为潜在能源。
在相关实验里，强大的激光会压缩装有氘和氚燃料的金刚石胶囊，目标是产生对称内爆，让燃料承受核聚变所需的高压和高温。新闻稿指出，研究人员通过高功率脉冲激光模拟极端条件发现，钻石会形成一系列缺陷，从细微的晶体扭曲到完全无序的狭窄区域或非晶化，这些缺陷会破坏内爆对称性，降低能量产量，甚至阻止点火。
该研究详细描述了钻石内部在极短时间内发生的物理过程。激光驱动的压缩过程产生的冲击波，在约一纳秒的时间内，在材料内部产生高压和相关的高剪切应力。研究还补充说明，金刚石本质上是脆性材料，在环境条件下缺乏位错活动，这种室温下的脆性使得在冲击条件下检查其行为颇具挑战，且样品碎裂使冲击后的显微镜分析变得复杂。
研究人员对单晶金刚石试样在不同冲击压力下进行实验。结果显示，在69吉帕斯卡(GPa)的压力下，金刚石仅表现出弹性变形，保留了无缺陷的晶格;在115 GPa的压力下，高剪切应力会在结构中产生缺陷，而堆垛层错、位错和孪生可以缓解这些缺陷。
这项工作首次在实验中观察到了冲击诱导的钻石非晶化，这种材料反应此前虽已通过分子动力学模拟预测，但在实验室环境中从未见过。研究指出，像钻石这样具有“开放”晶体结构的材料，在压力下容易发生结构坍塌，钻石立方结构的原子堆积因子为0.34，远低于普通金属(0.68至0.74)。研究强调，叠加在静水压力上的剪切应力在相变和固态非晶化中起着重要作用。
深入了解这些缺陷形成的方式和原因，能够为改进模拟内爆过程的计算机模型提供数据。
