Pressões Gigapascal em um pacote pequeno

Quão pequena / compacta pode ser uma bomba ou outro mecanismo, que permita a compressão de gás (ou líquido) a pressões superiores a 10GPa, continuamente?

O rendimento pode ser minúsculo, da ordem de miligramas por hora; ainda menor é aceitável. Além disso, para "tamanho do dispositivo", vamos contar toda a infraestrutura necessária: se é necessária energia para operar uma usina nuclear, ela não é compacta. Digamos que tenhamos uns 30 watts de energia "de graça"; qualquer coisa acima disso sai do nosso "orçamento compacto".

O gás de entrada é pressurizado para níveis "razoáveis" - ordem de 30 kPa; se for necessária mais pressão, o contêiner entra em "orçamento de compactação" com pelo menos 20 kg do gás interno.

Há abundante capacidade de dissipação de calor, mas qualquer aquecimento extra sai do nosso "orçamento". Temperatura operacional (ambiente) - escolha qualquer coisa entre 40K e 400K, conforme desejar. Deve ter vida útil operacional de pelo menos um ano, de preferência ~ 10 anos.

(esclarecendo: "contínuo" - podemos assumir um pequeno recipiente "buffer" no lado de saída, emitindo o gás pressurizado a uma taxa que é a média da velocidade de entrada, então "descontinuidade" curta como movimento do pistão é totalmente aceitável - simplesmente o "buffer" acima de 10GPa com perdas de ordem de entrada média assumida (1mg / hora, ou menos, se necessário, mas bastante constante).)

Tais altas pressões podem ser alcançadas células de bigorna de diamante (DAC). O coração dessas células são dois diamantes montados em assentos de tungstênio simetricamente na frente do outro, separados por uma placa metálica. Placa metálica tem uma abertura com amostra carregada (gás, cristal, pó, etc.). Esses diamantes são então aproximados uns dos outros apertando parafusos ou por extensão de atuadores piezoelétricos. As pressões em tais DACs podem atingir até 200GPa ou mais, dependendo do tamanho do diamante, sua qualidade, temperatura e tipo de material sendo comprimido. A quantidade de amostra que pode ser comprimida geralmente varia de microgramas a miligramas.

Seria necessário uma câmara especial para carregar o gás no DAC. Nestas câmaras, o operador controla a separação entre os diamantes, a fim de preencher a abertura na vedação de metal entre os diamantes com gás liquefeito e envolvê-la com segurança para maior compressão.

Você poderia usar pirotecnia iniciada eletricamente como em esse vídeo . Elas se inflamam espontaneamente quando a corrente elétrica é aplicada e imediatamente se auto-extinguem quando a corrente é removida. A pirotecnia estaria em um lado de um pistão e o gás a ser comprimido ficaria do outro lado. Quando a pressão cai abaixo de um certo limite, você ativa os pirotécnicos um pouco até que a pressão desejada seja restabelecida e, em seguida, desligue-os.

Enquanto 10 GPa é bastante alto, perceba que algumas armas militares e de pesquisa chegam a 1 GPa (concedidas por apenas alguns milissegundos de cada vez). 10 GPa não é inacessível, seria apenas exigir um vaso com paredes muito grossas.