Diamanten aus Joghurtbechern: Astrophysikalische Simulation mit Nebenwirkungen

Industriediamanten, die beispielsweise in Sägen und Schleifmitteln sowie in elektronischen Instrumenten und bei medizinischen Verfahren eingesetzt werden, können künftig mit Hilfe von Hochleistungslasern hergestellt werden. Bisher geschieht das durch Sprengungen, die so viel Druck aufbauen, dass Kohlenstoff extrem komprimiert wird. Das Verfahren haben Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit Kollegen am Stanford Linear Accelerator Centers (SLAC) in Kalifornien entwickelt. Die dort betriebene Linac Coherent Light Source (LCLS) ist der leistungsfähigste Röntgenlaser der Welt.

Was im Inneren von Planeten passiert

Die Diamantenherstellung ist, trotz des hohen Werts der kleinen Steinchen, eine Art Abfallprodukt aus der Astrophysik. HZDR-Forscher Dominik Kraus und seine Kollegen wollten wissen, was im Inneren von Neptun und Uranus passiert. Die dort herrschenden extrem hohen Drücken wollten sie auf der Erde simulieren.

Diamanten entstehen in 10.000 Kilometern Tiefe

Die beiden Planeten haben einen festen Kern, der von einer eisähnlichen Masse umhüllt ist, die Kohlenwasserstoffe, Wasser und Ammoniak enthalten. Seit langem vermuten Astrophysiker, dass die extrem hohen Drücke, die etwa 10.000 Kilometer unter der Oberfläche dieser Planeten herrschen, die Kohlenwasserstoff auftrennen. Dabei bilden sich Diamanten, die weiter ins Innere sinken. „Bislang konnte dieser glitzernde Niederschlag aber nicht direkt experimentell beobachtet werden“, so Kraus. „In unseren Experimenten haben wir eine spezielle Form von Plastik – Polystyrol, das aus einem Mix von Kohlen- und Wasserstoff aufgebaut ist – Bedingungen ausgesetzt, die dem Innenleben von Neptun und Uranus ähneln.“ Polystyrol ist ein Kunststoff, der für Verpackungen wie Joghurtbecher eingesetzt wird und viele weitere Verwendungen hat.

Gigantischer Druck durch zwei Schockwellen

Um den hohen Druck von 1,5 Millionen bar (ein Autoreifen hat meist zwei bis drei bar) zu erreichen, schickten die Forscher durch die Proben aus Joghurtbecherkrümeln zwei Schockwellen, die die LCLS auslöste. Dabei erhitzte sich das Material zudem auf 5000 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen entstehen Diamanten. „Die erste, kleinere und langsamere Welle wird dabei von der stärkeren, zweiten überholt“,so Kraus. „In dem Moment, in dem sich beide Wellen überschneiden, bilden sich die meisten Diamanten.“

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