Gigapascal-Drücke in einem kleinen Paket

Wie klein / kompakt kann eine Pumpe oder ein anderer Mechanismus sein, mit dem Gas (oder Flüssigkeit) kontinuierlich auf einen Druck von über 10 GPa komprimiert werden kann?

Der Durchsatz kann winzig sein, in der Größenordnung von Milligramm pro Stunde; noch niedriger ist akzeptabel. Lassen Sie uns auch für die "Größe des Geräts" die gesamte erforderliche Infrastruktur zählen: Wenn für den Betrieb die Energie eines Kernkraftwerks benötigt wird, ist es nicht kompakt. Nehmen wir an, wir haben ungefähr 30 Watt Energie "umsonst". Alles darüber hinaus geht aus unserem "Kompaktheitsbudget" hervor.

Das Eingangsgas wird auf "vernünftige" Werte unter Druck gesetzt - Größenordnung von 30 kPa; Wenn mehr Druck erforderlich ist, geht der Behälter mit mindestens 20 kg Gas in das "Kompaktheitsbudget" über.

Es gibt reichlich Kühlkapazität, aber jede zusätzliche Heizung geht aus unserem "Budget" heraus. Betriebstemperatur (Umgebungstemperatur): Wählen Sie eine beliebige Temperatur zwischen 40 K und 400 K aus. Die Betriebsdauer sollte mindestens ein Jahr betragen, vorzugsweise ~ 10 Jahre.

(Klarstellung: "kontinuierlich" - wir können einen kleinen "Puffer" -Behälter auf der Ausgangsseite annehmen, der das unter Druck stehende Gas mit einer Rate abgibt, die dem Durchschnitt der Einlassgeschwindigkeit entspricht, so dass eine kurze "Diskontinuität" wie eine Kolbenbewegung völlig akzeptabel ist - einfach halten der "Puffer" über 10 GPa mit Verlusten in der Größenordnung des angenommenen durchschnittlichen Inputs (1 mg / Stunde oder weniger, falls erforderlich, aber ziemlich konstant).

Solche hohen Drücke können über erreicht werden Diamant Amboss Zellen (DAC). Das Herzstück dieser Zellen sind zwei Diamanten, die symmetrisch übereinander auf Wolframsitzen montiert sind und durch eine Metallplatte voneinander getrennt sind. Die Metallplatte hat eine Öffnung mit geladener Probe (Gas, Kristall, Pulver usw.). Diese Diamanten werden dann durch Anziehen von Schrauben oder durch Ausfahren von Piezoaktoren näher zueinander gebracht. Der Druck in solchen DACs kann je nach Größe des Diamanten, Qualität, Temperatur und Art des zu komprimierenden Materials bis zu 200 GPa oder mehr erreichen. Die Menge der Probe, die komprimiert werden kann, reicht gewöhnlich von Mikrogramm bis Milligramm.

Man würde eine spezielle Kammer benötigen, um Gas in den DAC zu laden. In diesen Kammern kontrolliert der Bediener die Trennung zwischen den Diamanten, um die Öffnung in der Metalldichtung zwischen den Diamanten mit Flüssiggas zu füllen und es für die weitere Kompression sicher einzuschließen

Sie könnten elektrisch initiierte Pyrotechnik wie in verwenden Dieses Video . Sie zünden spontan, wenn elektrischer Strom angelegt wird, und erlöschen sofort von selbst, wenn der Strom abgezogen wird. Die Pyrotechnik wäre auf der einen Seite eines Kolbens und das zu komprimierende Gas auf der anderen Seite. Wenn der Druck einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, zünden Sie die Pyrotechnik kurz an, bis der gewünschte Druck wieder hergestellt ist, und schalten Sie sie dann aus.

Obwohl 10 GPa ziemlich hoch sind, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass einige Militär- und Forschungsgeschütze bis zu 1 GPa (jeweils nur für einige Millisekunden) erreichen. 10 GPa ist nicht unerreichbar, es würde nur ein Gefäß mit sehr dicken Wänden erfordern.