התפלגות הלחץ בזמן הדחיסה קר של סלעים אגרגטים מינרלים באמצעות עקיפה רנטגן מבוססות סינכרוטרון

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הגיאומכניקה על תהליכי דחיסה בסלעים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא בכך שהיא מאפשרת מדידה כמותית של השדה האלסטי המקומי בתוך אגרגטים של סלע ומינרלים. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי התפלגות המתח בתוך דגימות במהלך דחיסה קרה, ניתן ליישם אותה גם בטכניקות אחרות כגון דחיסה בטמפרטורה גבוהה.

בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו מתקשים בגלל אתגרים בהכנת הדגימה והרכבת התאים. קשה ללמוד הכנות להרכבת דגימה ותאים ללא הדגמה חזותית בגלל כמה קטנות ועדינות הדגימות הבודדות והחלקים של מכלול התאים. כדי להתחיל בהכנת דגימת אגרגט מינרלית, טוחנים כ-15 גרם של דגימת סלע או אבקה קיימת, לגרגירים בקוטר של כ-4 מיקרון באמצעות מכתש ועלי, או כלי סיבובי עם ראש שחיקה.

שופכים את גרגרי המינרלים לעמוד סינון של 20 ס"מ המכיל אתנול. אפשר לגרגירים להתיישב למשך זמן מתאים לצפיפותם. ואז מחלקים את המתלה לפי גובה לשלוש כוסות.

הניחו לתכולת הכוסות להתייבש באוויר למשך הלילה. מדוד את קוטר הגרגר הממוצע של כל אצווה, ובחר את האצווה שבה קוטר הגרגר הממוצע הקרוב ביותר לארבעה מיקרומטרים. לאחר מכן, טוחנים את קצות מוט האלומינה כך שיהיו שטוחים במקביל בתוך 0.5 מעלות.

נקה את המוט בטבעת אלומינה על ידי סוניקציה באתנול למשך 10 שניות. הניחו לרכיבים להתייבש על מגבון משימה עדין. בעבודה על משטח נקי, כסו קצה אחד של החור בקוביית הרכבה של תא D-DIA עם סרט דבק.

הכנס שרוול בורון חנקתי לקוביית ההרכבה. לאחר מכן השתמש בפינצטה כדי להחליק טבעת גרפיט בטבעת האלומינה על מוט האלומינה. הנח את מוט האלומינה והטבעות בקוביית ההרכבה עם טבעת הגרפיט בתחתית.

ודא שהמוט והטבעות מיושבים בתחתית החור כשטבעת הגרפיט במגע עם הסרט. סמן את פינת הקובייה שבסופו של דבר תתיישר עם קרן הרנטגן הנכנסת. לאחר מכן חותכים חתיכת נייר כסף בגודל 1.5 מילימטר על 17 מילימטר ומקפלים אותה לצורת U.

הכנס את נייר הכסף לקוביה כשנייר הכסף מיושר כך שההקרנה הדו-ממדית של נייר הכסף תמוזער ביחס לכיוון קרן הרנטגן. השתמש בסיכה כדי ללחוץ בעדינות את נייר הכסף על שולי החלל. הכנס את ליבת הסלע או דגימת הייחוס המצטברת המינרלית שהוכנה בעבר לקוביית הרכבת התא.

הנח חתיכה שטוחה של רדיד טנטלום בגודל 1.7 מילימטר על 1 מילימטר על גבי דגימת הייחוס כשהצד הארוך של נייר הכסף מאונך לקרן הרנטגן. לאחר מכן, ארוז בזהירות את דגימת הצבירה המינרלית לקוביית הרכבת התא באמצעות מרית קטנה. השאירו 1.4 מילימטרים של מקום בקוביה מעל הדגימה הארוזה.

הסר בעדינות עודפי גרגרים הנצמדים לקירות החלל הגלילי באוויר. השתמש בסיכה ובקליפרים כדי לאשר שגובה הדגימה הסופי הושג. הניחו חתיכה נוספת של נייר כסף טנטלום בגודל 1.7 מילימטר על 1 מילימטר על הדגימה הארוזה.

לאחר מכן טוחנים את הקצוות של מוט אלומינה אחר כך שיהיו שטוחים במקביל ומנקים את המוט בטבעת אלומינה. השתמש בפינצטה כדי להתאים את טבעת האלומינה וטבעת גרפיט על המוט. הנח את המוט על הדגימות כך שטבעת הגרפיט תהיה למעלה.

לבסוף, אטמו את מוט האלומינה החשוף בכל קצה הקובייה במלט על בסיס אבקת זירקוניה, והקפידו לא להשתמש בעודפי מלט. חתוך את נייר הכסף החשוף לאחר שהמלט התייבש. אסוף ונתח דפוס עקיפה מתקן אלומינה.

הסר את תקן האלומינה ואסוף ספקטרום רנטגן בלחיצה פתוחה עם זמן חשיפה של 500 שניות כדי למדוד את הרקע ללא מכלול דגימה. לאחר ניקוי הסדנים, הכנס את מכלול הדגימה המוכן למרכז מערך הניסוי, וודא שהוא מיושר כראוי עם קרן הרנטגן. הורד לאט את הזוגות המנוגדים של הסדנים הצדדיים בו זמנית.

דחף בעדינות את הסדנים ליישור כך שהסדן יהיה ישר והסדן התחתון והצדדי יהיו במגע עם מכלול הדגימה. לאחר מכן שחרר את תפס הבטיחות והכנס את המרווח למכבש ההידראולי. סגור את הצריף והפעל את התריס כדי לאפשר לקרן הרנטגן להיכנס לצריף.

הפעל את משאבת הלחץ הנמוך. לאחר מכן הזז את האיל העליון כלפי מעלה עד שהוא מונח על המרווח. בהנחיית הדמיית רנטגן בזמן אמת, נע לאט ובזהירות במעלה הכבש התחתון עד שהסדנים מופיעים בצילום הרנטגן.

השאירו מרווח דק כדי שהדגימה לא תהיה עמוסה יתר על המידה לפני הניסוי. לאחר מכן, כבה את כל הפקדים בבקר המשאבה בלחץ נמוך וסגור את השסתום בלחץ. בתוכנה הנשלטת על ידי משאבה הידראולית בלחץ גבוה, הזז את מכלול הדגימה במקביל לקורה כך שמרכז דגימת הצבירה המינרלית מיושר עם סימן מיקוד העקיפה.

אסוף ספקטרום עקיפה של הדגימה עם זמן חשיפה של 500 שניות. צלם צילום רנטגן עם זמן חשיפה של שש אלפיות השנייה. לאחר מכן, הזז את המכלול כדי למרכז את דגימת הייחוס של ליבת הסלע בסימן מיקוד העקיפה.

לרכוש ספקטרום עקיפה בצילום רנטגן באותם תנאים. לאחר מכן, הפעל את מנוע המשאבה ההידראולי כדי להניע את הסדנים פנימה. הגדר את עומס היעד ל-50 טון ואפשר משוב בקצב של שנייה אחת ורווח של 20.

הגדר את הגבול העליון של המהירות לשבע כדי להשיג את הדחיסה האיטית ביותר האפשרית. הם מנועי משאבה הידראוליים מניעים את הסדנים פנימה כדי לספק לחץ לדחיסת תא הניסוי. בחלון איסוף הנתונים, הגדר את מיקומי ההתייחסות לליבת הסלע בדגימת הצבירה המינרלית במונחים של מיקומי הלחיצה x ו-y.

ודא שזמן החשיפה מוגדר ל-500 שניות. הגדר את מספר המחזורים הנדרש לאפס, כך שאיסוף הנתונים יחזור על עצמו ברציפות. לאחר מכן התחל את איסוף הנתונים.

עם התקדמות הדחיסה, עדכן את מיקומי הדגימה וההפניה בתוכנה לפי הצורך. עם ההגעה לעומס היעד, הפסק את איסוף הנתונים. הגדר את הגבול התחתון של בקרת המהירות למינוס 10 ואת עומס היעד לאפס טון כדי לבטל את הדחיסה של הדגימה.

אסוף ידנית ספקטרום עקיפה בצילומי רנטגן עבור הליבה והצבירה לאחר הפריקה. לאחר מכן, פתח את השסתום בלחץ בלוח המשאבה בלחץ נמוך. הפעל את משאבת הלחץ הנמוך, והורד את האילים העליונים והתחתונים עד שהמחוון למטה lamp מואר.

הזז את זרוע המרווח למצב החוצה והניע את הכבש העליון כלפי מעלה עד שמנעול הבטיחות יתחבר. לאחר מכן, כבה את הפקדים ביחידת הבקרה של מנוע המשאבה. הזז לאט את הסדנים הרוחביים כלפי חוץ באופן ידני והסר את מכלול הדגימה.

בלחץ האמביאן, ספקטרום העקיפה של אגרגט קוורץ בגודל גרגר של כ-4 מיקרומטר ודגימת ייחוס של נובוקוליט בגודל גרגר של שישה עד תשעה מיקרומטר היו דומים בעוצמתם עם מיקום הקצה. הספקטרום המצטבר של קוורץ החל להתרחב עם לחץ הולך וגובר. שיא הקוורץ המשיך להתרחב בצד האנרגיה הגבוהה יותר ככל שהלחץ גדל, בעוד שצורת השיא של הנובאקוליט לא השתנתה במהותה.

גם מיקומי השיא של הקוורץ וגם של הנובוקוליט השתנו בכיוון האנרגיה הגבוה יותר, המתאים למרווח D נמוך יותר. אגרגט הקוורץ הראה כמות משמעותית של מתח דיפרנציאלי הן בכיוון הציר והן בכיוון הרוחבי, עם כמעט פי שניים מכמות המתח בכיוון הרוחבי מאשר בכיוון הצירי. זה הצביע על כך שהכיוון הרוחבי תמך בעומס גדול משמעותית מהכיוון הצירי.

ההתרחבות הצנועה בצידי האנרגיה הנמוכה של הפסגות הציריות והרוחביות של הקוורץ הצביעה על כך שכמות ניכרת של הגרגירים נותרה נטולת מתח בשני הכיוונים, מה שיכול להתרחש רק אם למספר משמעותי של גרגרים היה לפחות חלק משטח הפנים שלהם תחום על ידי חללים התומכים בלחץ אפס לאורך כל הניסוי. לאחר השליטה, ניתן לבצע ניסוי זה תוך 16 שעות אם הוא מבוצע כראוי. לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום מכניקת הסלע, פיזיקה מינרלית, הנדסה גיאוטכנית ומדעי החומרים לחקור את התפלגות המתח בחומרים מעניינים.

בעת ניסיון הליך זה, זכור שמגעי משטח הקצה יהיו שטוחים כך שניתן יהיה לפזר את העומס המופעל באופן שווה על פני כל שטח הפנים. בעקבות הליך זה, ניתן להשתמש בשיטה זו עבור יישומים בטמפרטורה גבוהה ומדידות מהירות קול אולטרסאונד כדי לקבוע מידע אחר על התכונות הריאולוגיות והאלסטיות של פנים כדור הארץ. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לאפיין את התפלגות המתח המקומית בתוך אגרגטים מינרליים באמצעות מנגנון דפורמציה מרובה סדן עם קרינת רנטגן סינכרוטרון.