Simulazione del Planetary Interior differenziazione processi in Laboratorio

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di simulare il processo di differenziazione dell'interno planetario. Ciò si ottiene mescolando prima la polvere di ferro silicato di oliva e il solfuro di ferro in modo omogeneo. Il secondo passo consiste nel caricare la miscela in un gruppo di celle ad alta pressione.

Successivamente, l'assemblaggio viene pressurizzato a sei giga pascal e riscaldato a 1.800 gradi Celsius in un dispositivo a più incudini. Il passaggio finale consiste nel recuperare il campione e prepararlo per l'imaging 3D. In definitiva, l'immagine 3D è stata utilizzata per visualizzare la distribuzione del silicone e del metallo fuso e determinare se il metallo liquido può percolare attraverso il silicone cristallino per formare un nucleo.

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nella scienza planetaria, come la formazione di nuclei planetari attraverso le percolazioni. Inizia preparando i materiali per la simulazione del processo di percolazione. Nella formazione del nucleo, fare circa un grammo di una miscela di silicato naturale, oliva e polvere di ferro metallico con il 10% in peso di zolfo in una malta di agata.

Sotto macinazione dell'etanolo, il materiale di partenza per trovare la polvere mista per un'ora. Una volta fatto ciò, asciuga i materiali a 100 gradi Celsius per un'ora, recupera il materiale essiccato e, una volta che si sono raffreddati, inizia i preparativi per gli esperimenti multi incudine. Caricare il materiale di partenza in una capsula di ossido di alluminio CI, di circa 1,5 millimetri di diametro e 1,5 millimetri di lunghezza.

Quindi posizionare la capsula in un gruppo di celle ad alta pressione dotato di un riscaldatore del campione a resistenza elettrica. La cella è ora pronta per l'apparecchio ad alta pressione a più incudini. Montare il gruppo cella nell'apparecchiatura, pressurizzare il campione alla pressione target qui, sei giga pascal in base a una curva di calibrazione della pressione a punto fisso.

Inoltre, utilizzare il riscaldatore a resistenza elettrica per portare il campione a 1.800 gradi Celsius. La temperatura target. Per questo esperimento, mantenere la pressione e la temperatura per 12 ore.

Una volta completato l'esperimento, spegnere il campione a temperatura ambiente spegnendo l'alimentazione del riscaldatore e rilasciare la pressione lentamente nell'arco di sei ore aprendo la valvola dell'olio idraulico. Infine, recuperare l'assemblaggio ad alta pressione e l'analisi del campione del campione si avvale di un microscopio elettronico a scansione a fascio ionico focalizzato. Preparare il campione per l'uso nello strumento montandolo e lucidandolo e rivestendo la superficie con il carbonio.

Quindi caricarlo nella camera del campione dello strumento. Allineare il campione al punto coincidente del fascio ionico focalizzato e del microscopio elettronico a scansione a una distanza di lavoro di cinque millimetri. Premil il campione per esporre un volume di 15 per 20 per 20 micrometri cubi.

Quindi continuare a utilizzare il fascio ionico per fresare strati a 25 nanometri di profondità. Dopo che ogni strato è stato rimosso, acquisire un'immagine al microscopio elettronico a scansione della superficie esposta Al termine della fresatura, inserire i file di dati dell'immagine nel software di visualizzazione e creare immagini 3D per la visualizzazione. Questa ricostruzione 3D è per un campione di tempra che è stato riscaldato a 1.800 gradi Celsius a sei giga pascal.

Il volume evidenziato rappresenta il ferro e il solfuro di ferro fusi. Il resto del volume è occupato da ine. Il volume è di circa cinque per sei per sette micrometri cubi.

L'immagine mostra che le sacche di fusione metallica erano intrappolate agli angoli dei grani di silicato a causa dei grandi angoli di dedalazione misurati per essere superiori a 100 gradi, come si vede qui. Questa nuova tecnica di imaging fornisce un potente strumento per determinare con precisione il vero angolo di dedalazione. Monitorando la variazione della distribuzione del fuso attraverso l'angolo critico, può essere utilizzato per individuare la transizione da reti non connesse a reti connesse in un piccolo intervallo di composizione e pressione.

Il metodo fornisce anche una misura quantitativa della frazione di volume e della connettività. Queste immagini 3D sono del campione temprato con diversi rapporti di silicato metallico inferiori a una frazione di volume del 5%Il metallo liquido forma tasche isolate a volume più elevato. Le frazioni e la rete interconnessa si formano dopo il suo sviluppo.

Questa tecnica apre la strada alla ricerca nel campo degli esperimenti, della PETR e delle scienze planetarie per esplorare il processo di formazione del nucleo planetario attraverso la simulazione sperimentale combinata con le visualizzazioni.