Təzyiqin sirləri

Müasir elmi texnologiyaların sürətlə inkişaf etdiyi bir dövrdə, alimləri ən çox düşündürən prioritet istiqamətlərdən biri də, yüksək təzyiqlər sahəsidir. Bunun əsas səbəblərindən biri də odur ki, kainatda mövcud olan varlıqların 95 %-i təzyiq altındadır. Nəhəng göy cisimlərindən tutmuş, məişətdə işlədilən əşyalara qədər, hamısının mövcud olduqları formanın yaranmasında təzyiqin böyük rolu vardır. Hazırda insanları ən çox düşündürən suallardan biri də, başqa qalaktikalarda həyatın, canlıların mövcud olması, əgər mövcuddurlarsa, hansı formada olmalarıdır. Məlum məsələdir ki, əgər həmin qalaktikalarda xarici təsirlər fərqlidirlərsə, ən əsası isə təzyiqlər fərqi mövcuddursa, onda onların formaları kəskin dərəcədə bizdən fərqlənməlidir. Qara dərili insanların ağ dərililərə nəzərən fərqlənmələrinin səbəbinin temperatur olduğunu bilirik. Onda belə bir sual meydana çıxır: Bizə bu formanı, xarıcı görünüşü verən atmosfer təzyiqidirmi? Atmosfer təzyiqinin Yer kürəsinin hər yerində təxminən eyni olmasının nəticəsindəmi bütün insanların formalarında kəskin fərqlər yoxdur? Bütün bu suallara cavab vermək üçün elmin yeni sahələrindən olan yüksək təzyiqlər fizikası zamanın tələbi əsasında sürətlə inkişaf edir. Yüksək təzyiqlər sahəsində fiziklər, kimyaçılar, biologlar, geologlar, kristalloqraflar uzun müddətdir ki, geniş tədqiqatlar aparırlar. Müxtəlif materialların yüksək təzyiqdə sintez edilməsi və müxtəlif xassələrinin öyrənilməsi, bu sahədə xeyli mühüm nəticələr vermişdir. "Yüksək təzyiqlər nədir?", "necə yaranmışdır?", "hazırda bu tədqiqatlar hansı mərhələdədir?" kimi suallara cavab tapmaq üşün, qısa tarixi baxış keçirək.

Yüksək təzyiqlər sahəsində əsas elmi nailiyyətlərin XX əsrdə əldə edilməsinə baxmayaraq, bu istiqamətin başlanğıcı məşhur ingilis alimi Con Kantonun 1762-1764 cü illərdə mayelərin sıxılmaz olmaması haqqında dərc elətdirdiyi məqalələrindən hesablanır. 1820-ci ildə ilk dəfə Amerika alimi Yakob Perkins təcrübi yolla 2000 atmosfer təzyiq almışdır. 1861-ci ildə ingilis alimi Tomas Endrüs yüksək təzyiqlərdə kritik hadisələri öyrənmişdir. Onun ardınca isə alman alimi Qustav Tamman faza keçidlərini müşahidə etmişdir. Bu sahədə görülən ən yüksək işlər amerika alimi Persi Uilyams Bricmenə aiddir. 1906-cı ildə ilk məqaləsini yazmış, 1931-ci ildə "Yüksək təzyiqlər fizikası" adlı kitabını yazmış, 1946-cı ildə isə Nobel mükafatına layiq görülmüşdür. 1953-cü ildə İsveçin ASEA (Almanna Svenska Elektriska Aktiebolaget) şirkətində yüksək təzyiq altında qrafitin sıxılması üsulu ilə süni almaz alınmışdır. Bundan sonra isə materialşünaslıqda yeni bir mərhələ başlanılmışdır. Adi şəraitdə alınması mümkün olmayan bir çox funksional materialların sintezi reallaşdı.

Kainatda mövcud olan göy cisimlərinin ölçüləri artdıqca, onların daxilində olan təzyiqin qiyməti də artır. Hesablamalara görə, yerin mərkəzində təxminən 360 GPa təzyiq mövcuddur. Günəşin mərkəzində 100 milyon GPa, ağ cırtdanların mərkəzlərində 10 trilyon GPa, neytron ulduzların mərkəzlərində isə 10 üstü 24 GPa təzyiq mövcuddur.

Yer kürəsinin səthindən daxilə doğru getdikcə mövcud olan təzyiqin qiymətində artma baş verir: okeanın dibində, 11 km dərinlikdə (Marian çökəkliyində) 0.3 GPa, Yer qabığında 0-25 km dərinliklərə uyğun olaraq normal atmosfer təzyiqindən (10 000 atm ≈ 1 GPa) 0.7 GPa-dək, mantiyada 25-2890 km dərinliklərə uyğun olaraq 0.7-160 GPa, nüvədə isə 2890-6370 km dərinliklərə uyğun olaraq 160-400 GPa təzyiq vardır. 1969-cu ildən başlayaraq geofiziklər yerin təkində mövcud olan təzyiqləri laboratoriya şəraitində almağa çalışırlar. 1979-cu ildə laboratoriya şəraitində 24 GPa, 1989-cu ildə 140 GPa və nəhayət 1991-ci ildə isə 360 GPa təzyiq almaq mümkün olmuşdur.

Yüksək təzyiqlər fizikasında növbəti uğurlu mərhələ laboratoriya şəraitində  süni almazın yaradılması olmuşdur. İlk dəfə süni almazın sintez metodu 1939-cu ildə Sovet fiziki Ovsey İliç Leypunskiy tərəfindən irəli sürülmüşdür. Onun tətbiqi isə ilk dəfə 1953-cü ildə İsveçin ASEA (Almänna Svenska Elektriska Aktiebolaget), 1954-cü ildə isə Amerikanın "General Electric" şirkətinin laboratoriyasında uğurla həyata keçirilmişdir. Rusiyada isə bu metod yalnız 1960-cı ildə Troyskiy Yüksək Təzyiqlər Fizikası İnstitutunda tətbiq edilmişdir. Göstərilən metod bu gün də öz praktik aktuallığını qoruyaraq bütün dünyada tətbiq edilir.

Almaz qiymətli daş olaraq sintez edilməsi ilə yanaşı həm də, yüksək təzyiqlərin alınması üçün də çox əhəmiyyətli materialdır. Yüksək təzyiqlər sapfir, almaz və WC (wolfram carbid) zindanlar arasında alınır. Bu metodların hər birinin üstün və çatışmayan cəhətləri vardır. Almaz zindanlar vasitəsilə alınan təzyiq digərlər metodlarla alınan təzyiqlərdən 10 dəfələrlə böyük olduğuna görə, digər metodlardan üstünlukləri daha çoxdur.

Son zamanlarda Yeputerin mərkəzində mövcud olan təzyiqin (10 min GPa) laboratoriyada alınması məsələsi çox aktualdır. Həmin təzyiqlərdə maddənin hansı halda olması, yeni funksional materialların alınması baxımından çox maraqlıdır. Bu istiqamətdə əsas tədqiqatları Çikago Universiteti (ABŞ), Bayroyt Universiteti (Almaniya) və Antverp Universitetinin (Belçika) alimləri birgə tədqiatlar əsasında aparırlar. Tədqiqatlar nəticəsində nano almaz zindanlar vasitəsilə 640 GPa təzyiq almaq mümkün olmuşdur. Bu haqda ilk məlumatı 23 oktyabr 2012-ci ildə Argon Milli Laboratoriyasının rəsmi saytı vermişdir. Elmi məqalə isə "Nature Communications" jurnalında dərc edilmişdir. Məqalənin müəllifləri yeni açılışı böyük nəticə hesab etsələr də, bu istiqamətdəki tədqiqatlarını davam elətdirəcəklərini deyirlər. Vitaliy Prokopenka (Çikago Universiteti): "Biz əldə edilmiş bu nəticədə qalmayacağıq. Təzyiqi terapaskal diapozonuna qədər qaldırmaq, Uran və Neptun kimi planetlərin nüvələrini öyrənəcəyik. Hansı ki, orada təxminən 700 GPa təzyiq mövcuddur". Leonid Dubrovinskiy (Bayroyt Universiteti): "Bu yeni texnologiya, yüksək təzyiqlər elmində bir inqilabdır".

Qeyd edək ki, yüksək təzyiqlər sahəsində Azərbaycanda da elmi-tədqiqat işləri aparılır. Azərbaycan Milli Elmlər Akademiyasının Fizika İnstitutunun Qeyri-standart nəzarət və diaqnostika sistemləri laboratoriyası, artiq 5 ildir ki, Rusiyanın Dubna şəhərində yerləşən Birləşmiş Nüvə Tədqiqatları İnstitutu, Almaniyanın Bayroyt Universiteti və DESY elmi tədqiqat mərkəzi ilə birgə əmakdaşlıq edir. Son bir ildə isə yüksək təzyiqlərdə sintez proseslərində də əməkdaşlıq başlanılmışdır. Yaxın gələcəkdə Azərbaycanda da yüksək təzyiqlər texnologiyasının geniş tədqiq edilməsi baxımından böyük mərkəzlərin yaradılması tam real görünür. Çünki artıq bu sahə üzrə kadr potensialı mövcuddur.

Sakin Cabarov, 
Fizika üzrə fəlsəfə doktoru