Name: 岩や放射光 x 線回折を用いた鉱物骨材の冷間圧縮時の応力分布 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-20T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: 学ぶ マルチアンビル変形装置と放射光X線回折を用いた鉱物骨材の応力分布測定法。地質材料の圧密過程と局所弾性場の定量的解析に役立つ技術です。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

著者が感謝する 2 つの匿名査読したいし、ゼウス上級エディター博士アリーシャ恵理子の貴重なコメントを確認します。この研究は、6 BM B アルゴンヌ国立研究所で高度な光子ソース (AP) ので行われました。鉱物物理学研究所、ストーニーブ ルック校、材料特性研究国立科学財団 (NSF) の共同契約耳耳 1661511 11-57758 地球科学 (詳しい) のコンソーシアムによってこの施設の使用になりました大学。著者は、耳 1141895、耳 1045629 耳 1361463 このプログラムのために研究資金 NSF を認めます。この研究に使用される光子の高度なソースのリソース、科学ユーザー施設米国エネルギー省 (DOE) オフィス運営アルゴンヌ国立研究所によってエネルギー省科学局契約 DEAC02 06CH11357 の下で。セル ・ アセンブリは詳しいマルチアンビル細胞アセンブリ開発プロジェクトにあります。リクエスト (scheung9@wisc.edu) の作成者にはすべてのデータ ファイルがあります。サンプルやデータは、ストーニブ ルック大学で鉱物物理学研究所でアーカイブされます。

<ol><li>Bjørlykke, K. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0037073813002200">Relationships between depositional environments, burial history and rock properties. Some principal aspects of diagenetic processes in sedimentary basins.</a> Sedimentary Geology. , 1-14 (2014).</li>
<li>Burnley, P. C., Zhang, D. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-8984/20/28/285201/meta">Interpreting in situ X-ray diffraction data from high pressure deformation experiments using elastic-plastic self-consistent models: An experiment using quartz.</a> J. Phys. Condens. Matter Solid Earth. 20 (28), 285201(2008).</li>
<li>Burnley, P. C. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article/100/7/1424/40502/elastic-plastic-self-consistent-epsc-modeling-of">Elastic plastic self-consistent (EPSC) modeling of plastic deformation of fayalite olivine.</a> American Mineralogist. 100 (7), 1424-1433 (2015).</li>
<li>Chen, J., Li, L., Weidner, D. J., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920104000676">Deformation experiments using synchrotron X-rays: in situ stress and strain measurements at high pressure and temperature.</a> Phys. of the Earth and Planetary Interiors. 143, 347-356 (2004).</li>
<li>Cheung, S. N. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Experimental+deformation+in+sandstone%2C+carbonates%2C+and+quartz+aggregate%22">Experimental deformation in sandstone, carbonates, and quartz aggregate</a>. , State University of New York at Stony. Ph.D. Thesis (2015).</li>
<li>Cheung, S. N. C., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB013653/full">Stress distribution during cold compression of a quartz aggregate using synchrotron X-ray diffraction: observed yielding, damage, and grain crushing.</a> J. Geophys. Res. Solid Earth. 122, 2724-2735 (2017).</li>
<li>Croizé, D., Ehrenberg, S. N., Bjørlykke, K., Renard, F., Jahren, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264817209002116">Petrophysical properties of bioclastic platform carbonates: implications for porosity controls during burial.</a> Marine and Petroleum Geology. 27 (8), 1765-1774 (2010).</li>
<li>Doornhof, D., Kristiansen, T. G., Nagel, N. B., Pattillo, P. D., Sayers, C. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/40e4/33ecc9d15e0d01bd77dc8606a93aed0e2564.pdf">Compaction and subsidence.</a> Oilfield rev. 18 (3), 50-68 (2006).</li>
<li>Durham, W. B., Weidner, D. J., Karato, S. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/rimg/article-abstract/51/1/21/87434/new-developments-in-deformation-experiments-at">New developments in deformation experiments at high pressure.</a> Rev. Mineral. Geochem. 51 (1), 22-49 (2002).</li>
<li>Fyfe, W. S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0009254178900682">The evolution of the Earth's crust: modern plate tectonics to ancient hot spot tectonics.</a> Chemical Geology. (1-4), 89-114 (1978).</li>
<li>Gerward, L., Mo, S., Topso, H. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.322714">Particle size and strain broadening in energy-dispersive -ray powder patters.</a> J. Appl. Phys. 47 (3), 822-825 (1976).</li>
<li>Heap, M. J., Farquharson, J. I., Baud, P., Lavallée, Y., Reuschlé, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fracture+and+compaction+of+andesite+in+a+volcanic+edifice%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+volcanology%22%5BJournal%5D)">Fracture and compaction of andesite in a volcanic edifice.</a> Bulletin of volcanology. 77 (6), 55(2015).</li>
<li>Lavina, B., Dera, P., Downs, R. T. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/110f/462d8b072458d713959665e778409e4dff3f.pdf">Modern X-ray diffraction methods in mineralogy and geosci.</a> Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 78 (1), 1-31 (2014).</li>
<li>Leinenweber, K. D., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-abstract/97/2-3/353/45562/cell-assemblies-for-reproducible-multi-anvil">Cell assemblies for reproducible multi-anvil experiments (the COMPRES assemblies).</a> American Mineralogist. 97 (2-3), 353-368 (2012).</li>
<li>Li, L., Weidner, D. J., Raterron, P., Chen, J., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0031920104000688">Stress measurements of deforming olivine at high pressure.</a> Phys. of the Earth and Planetary Interiors. 143, 357-367 (2004).</li>
<li>Li, L., Weidner, D. J., Chen, J., Vaughan, M. T., Davis, M., Durham, W. B. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1738532">X-ray strain analysis at high pressure: Effect of plastic deformation in MgO.</a> J. App. Phys. 95 (12), 8357-8365 (2004).</li>
<li>Minkoff, S. E., Stone, C. M., Bryant, S., Peszynska, M., Wheeler, M. F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920410503000214">Coupled fluid flow and geomechanical deformation modeling.</a> J. Petroleum Sci. and Engineering. 38 (1), 37-56 (2003).</li>
<li>Miyagi, L., et al. <a target="_blank" href="https://utah.pure.elsevier.com/en/publications/deformation-and-texture-development-in-cairo3-post-perovskite-pha">Deformation and texture development in CalrO 3 post-perovskite phase up to 6 GPa and 1300 K.</a> Earth and Planetary. 268 (3), 515-525 (2008).</li>
<li>Morton, R. A., Bernier, J. C., Barras, J. A. <a target="_blank" href="https://pubs.er.usgs.gov/publication/70030503">Evidence of regional subsidence and associated interior wetland loss induced by hydrocarbon production, Gulf Coast region, USA.</a> Environmental Geology. 50 (2), 261(2006).</li>
<li>Nagel, N. B. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1464189501000151">Compaction and subsidence issues within the petroleum industry: From Wilmington to Ekofisk and beyond.</a> Phys. And Chem. of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy. 26 (1-2), 3-14 (2001).</li>
<li>Nichols, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNichols%2C+G+%22Sedimentology+and+Stratigraphy%22">Sedimentology and Stratigraphy</a>. , John Wiley & Sons. (2009).</li>
<li>Nicolas, A., Fortin, J., Regnet, J. B., Dimanov, A., Guéguen, Y. <a target="_blank" href="https://academic.oup.com/gji/article/206/1/438/2606525">Brittle and semi-brittle behaviours of a carbonate rock: influence of water and temperature.</a> Geophysical Journal International. 206 (1), 438-456 (2016).</li>
<li>Nishiyama, N., Wang, Y., Sanehira, T., Irifune, T., Rivers, M. L. <a target="_blank" href="https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/08957950802250607">Development of the multi-anvil assembly 6-6 for DIA and DDIA type high-pressure apparatuses.</a> High Pressure Research. 28 (3), 307-314 (2008).</li>
<li>Nur, A., Walder, J. <a target="_blank" href="https://www.nap.edu/read/1346/chapter/9">Time-dependent hydraulics of the Earth's crust.</a> The role of fluids in crustal processes. , 113-127 (1990).</li>
<li>Paterson, M. S. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM056p0187/summary">Rock deformation experimentation. The brittle-ductile transition in rocks. The Heard Volume.</a> The American Geophysical Union, Geophys. Monograph. 56, 187-194 (1990).</li>
<li>Peng, S. D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/1365160971900098">Stresses within elastic circular cylinders loaded uniaxially and triaxially.</a> Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abst. 78 (1), 399-432 (1971).</li>
<li>Raterron, P., Merkel, S., Holyoke, C. W. III <a target="_blank" href="Axial temperature and gradient and stress measurements in the deformation D-DIA cell using alumina pistons ">Axial temperature and gradient and stress measurements in the deformation D-DIA cell using alumina pistons.</a> Rev. of Sci. Instr. 84 (4), 043906(2013).</li>
<li>Raghavan, R., Chin, L. Y. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-88870-PA">Productivity changes in reservoirs with stress-dependent permeability.</a> SPE Annual Technical Conference and Exhibition. , Soc. of Petroleum Engineers. (2002).</li>
<li>Reynolds, C. A., Menke, H., Andrew, M., Blunt, M. J., Samuel, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+fluid+connectivity+during+steady-state+multiphase+flow+in+a+sandstone%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+National+Academy+of+Sci%22%5BJournal%5D)">Dynamic fluid connectivity during steady-state multiphase flow in a sandstone.</a> Proceedings of National Academy of Sci. 114 (31), 8187-8192 (2017).</li>
<li>Scholle, P. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aScholle%2C+PA+%22A+color+illustrated+guide+to+constituents%2C+textures%2C+cements%2C+and+porosities+of+sandstones+and+associated+rocks%22">A color illustrated guide to constituents, textures, cements, and porosities of sandstones and associated rocks</a>. , AAPG Memoir 28 (1979).</li>
<li>Scholle, P. A., Ulmer-Scholle, D. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aScholle%2C+PA+%22A+Color+Guide+to+the+Petrography+of+Carbonate+Rocks%3A+Grains%2C+Textures%2C+Porosity%2C+Diagenesis%22">A Color Guide to the Petrography of Carbonate Rocks: Grains, Textures, Porosity, Diagenesis</a>. , AAPG Memoir 77 (2003).</li>
<li>Scholz, C. H. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/JB073i004p01447/abstract">Experimental study of the fracturing process in brittle rock.</a> J. Geophys. Res. 73 (4), 1447-1454 (1968).</li>
<li>Schutjens, P. M. T. M., et al. <a target="_blank" href="https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-88441-PA">Compaction-induced porosity/permeability reduction in sandstone reservoirs: Data and model for elasticity-dominated deformation.</a> SPE Reservoir Evaluation & Engineering. 7 (3), 202-216 (2004).</li>
<li>Simmons, G., Wang, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSimmons%2C+G+%22Single+Crystal+Elastic+Constants+and+Calculated+Aggregate+Properties%22">Single Crystal Elastic Constants and Calculated Aggregate Properties</a>. , MIT Press. Cambridge, MA. 135-160 (1971).</li>
<li>Singh, A. K., Balasingh, C., Mao, H. K., Hemley, R. J., Shu, J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.367872">Analysis of lattice strains measured under nonhydrostatic pressure.</a> J. Applied physics. 83 (12), 7567-7575 (1998).</li>
<li>Terzaghi, K. V. <a target="_blank" href="http://www.scirp.org/(S(351jmbntvnsjt1aadkposzje))/reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID=790257">Die berechnung der durchlassigkeitsziffer des tones aus dem verlauf der hydrodynamischen spanningsercheinungen.</a> Sitzungsberichte der Akademie der Wissenschften in Wein. Mathematisch-Naturwissenschaftliche Klasse. Abteilung lla. 132, 125-138 (1923).</li>
<li>Wang, Y., Durham, W. B., Getting, I. C., Weidner, D. J. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1570948">The deformation D-DIA: a new apparatus for high temperature triaxial deformation to pressures up to 15 GPa.</a> Rev. Sci. Instrum. 74 (6), 3002-3011 (2003).</li>
<li>Wang, Y., Hilairet, N., Dera, P. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s12583-010-0124-y">Recent advances in high pressure and temperature rheological studies.</a> J. Earth Sci. 21 (5), 495-516 (2010).</li>
<li>Weidner, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM067p0013/summary">Characterisation of Stress, Pressure, and Temperature in SAM85, a DIA Type High Pressure Apparatus.</a> Geophys. Monogr. Ser. AGU. , Washington, D.C. 13-17 (1992).</li>
<li>Weidner, D. J., Wang, Y., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17816686">Strength of diamond.</a> Sci. 266 (5184), 419-422 (1994).</li>
<li>Weidner, D. J. <a target="_blank" href="https://pubs.geoscienceworld.org/msa/rimg/article-abstract/37/1/493/87402/rheological-studies-at-high-pressure">Rheological studies at high pressure.</a> Rev. in Mineralogy and Geochemistry. 37 (1), 493-524 (1998).</li>
<li>Weidner, D. J., Wang, Y., Chen, G., Vaughan, M. T. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/GM101p0473/summary">Rheology measurements at high pressure and temperature.</a> Properties of Earth and Planetary Materials at High Pressure and Temperature. AGU. , Washington, D.C. 473-482 (1998).</li>
<li>Weidner, D. J., Vaughan, M. T., Wang, L., Long, H., Li, L., Dixon, N. A., Durham, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precise+stress+measurements+with+white+synchrotron+x+rays%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+of+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Precise stress measurements with white synchrotron x rays.</a> Rev. of Sci. Instrum. 81 (1), 013903(2010).</li>
<li>Weidner, D. J., Li, L., Whitaker, M., Triplett, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017JB014753/abstract">Ultrasonic Acoustic Velocities During Partial Melting of a Mantle Peridotite KLB-1.</a> J. Geophys. Res: Solid Earth. , (2018).</li>
<li>Whitaker, M. L., Baldwin, K. J., Huebsch, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DIASCoPE%3A+Directly+integrated+acoustic+system+combined+with+pressure+experiments-A+new+method+for+fast+acoustic+velocity+measurements+at+high+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">DIASCoPE: Directly integrated acoustic system combined with pressure experiments-A new method for fast acoustic velocity measurements at high pressure.</a> Rev. Sci. Instrum. 88 (3), 034901(2017).</li>
</ol>

著者は利益相反を宣言しません。

6 BM B のマルチ アンビル ・ セルを用いた x 線回折実験を行うための詳細な手順を提案します。おそらく上記のプロトコルの最も重要なまだ最も困難なステップを含む、サンプルの品質を最適化します。サンプルの質のような重要性は、ほとんどすべての岩や鉱物の変形実験に適用されます。まず、フラット、両端同時に、円筒の表面に垂直に互いに平行とする岩石コアの端面にとって重要です。アンビルを介して外力はサンプルの全体の端面をより均等に分散するようになります。端面、サンプルによって達成される円筒状サーフェスの輪郭以外は、サンプルのボリューム計算幾何学的な仮定のためも重要です。
セクション 1 のノートで強調表示されている、提案手法は確かに良い品質のサンプルを準備する唯一のプロトコルではありませんその他の機器を使用して、同様の品質を取得できますを再び強調するのに重要です。プロトコルのような柔軟性もセル組立準備 (セクション 2) に適用可能です。実際には、多数の実用的なまたは創造的な変更を適用できます。たとえば、セル ・ アセンブリ (例えばタンタル) 内の多くのコンポーネントは...

この記事で紹介した方法の後ろの理論的根拠は、岩石と鉱物骨材試料内にある圧縮とその後の圧密時の応力分布を定量化することです。貯水池と地盤工学8,17,18,19,20,28 に非常に重要な岩石・鉱物集合体の圧縮を理解することが ,33。圧縮は、気孔率を減らすために機能し、したがって、間隙水圧の上昇に 。間隙水圧のような増加は、効果的な圧力35の減少に します。結果は貯留岩が崩れし、従ってより低い応力での早期の失敗を受けることができます。地下に塑性変形の結果のいくつかの例: 石油とガス貯留層28,33, 維持の長期生産の障害は表面沈下8,18,19,20、および流体の流れパターン17の変化。したがって、圧縮の包括的な知識を岩で処理し、鉱物の集合体がそのような潜在的悪影響の可能性を減らすに役立つ可能性が。
ここで強調表示法を使用しての大きな利点は、外部に対してグローバルに平均地盤5,6内内部の応力分布を定量化する手段適用圧力12を提供することです。,22します。 さらに、その場で実験応力分布の進化は時間分解。外部の圧力では、比較的低い値 (数十メガパスカル) から高い値 (複数ギガパスカル) までの範囲と見なされます。サンプル内の圧力は、局所弾性歪5,6の尺度として個々 の鉱物粒子の原子の格子間隔を使用して直接に測定されます。白または単色 x 線モードで一般 x 線の援助と原子の格子間隔が決定されます。10 要素 Ge 検出器 (の配列が 1 つだけではなく、白い x 線モード (例えば、DDIA 6BM B ビームラインの高度な光子ソース (AP)、アルゴンヌ国立研究所)、x 線の回折ビームの強度が決定されます。図 1) 0 °、22.5 °、45 °、67.5 °、90 °、112.5 °、135 °、157.5 °、180 °、270 ° の方位角の角度で固定円に沿って分散します。単色 x 線モード CCD 検出器 (例えば、 DDIA 30 13 ID D ビームライン GSECARS、APS、アルゴンヌ国立研究所)18,23を使用して回折パターンが記録されます。両方の x 線モードは、さまざまな方向の応力がどのように変化の定量化を許可します。このアプローチは、地盤材料の圧縮のすべての以前の研究から根本的に異なる。
典型的な圧縮の研究で筒状のサンプルは、アクチュエータ25断面積に適用される軸力による圧縮されます。このような条件下で応力振幅の大きさがサンプルの初期断面積 (ロードセルにより測定) 軸力を単に割ることによって計算されます。それは、この応力の大きさだけ、一括の平均値はなど、現実的に表さないローカル応力状態が変化、か複雑な異種、粒状材料の内で配布されて注意してください。その後圧縮し、堆積・続成過程1,7,による超硬合金鉱物粒子の凝集による複雑な粒状材料の例としては、砕屑性の堆積岩が形成されます。21,30,31. これらの凝集体は当然ながら二次解散した穀物包装の形状から固有の穀物間の空隙を含む毛穴を継承します。したがって、任意の応力はによってサポートされる予定あり集中つぶつぶに連絡先と粒孔インターフェイスに消えます。
粒状材料内の応力変動の複雑さに加えてさらに他の要因は、これらのシナリオで勉強して圧縮を複雑にします。まず、局所応力分布は任意の砕屑性堆積岩の中で必然的に存在している組織成果物 (例えば、粒子形状、既存の骨折) による変更に対して脆弱です。第二に、サンプル表面に作用する応力の大きさは完全に定量化することができます、サンプル体内の応力分布に悪い拘束された残った。終わり効果32 -境界効果読み込みラムズとフェースの摩擦によるサンプル間の接触に近い平均応力が集中しているという-圧縮で読み込まれる円筒形のサンプルで展示するのに知られています。例としては、鵬26は内様々 な終了条件に供した花崗岩の一軸圧縮ひずみの不均一性を示した。したがって、粒状材料の局所応力分布を正確に計算するため提案する岩や鉱物の集合体の x 線回折 (XRD) 実験を実行するための次の詳細なプロトコルで変形マルチアンビル装置を用いたビームライン 6-バミューダ諸島-B アルゴンヌ国立研究所で AP の。

<table><tbody><tr><td>回転ツールワークステーションドリルプレスワークステーションレンチ付き</td>ド<td>レメル</td><td>220-01</td><td></td></tr>マルチ<tr><td>プロキーレスチャック</td><td>ドレメル</td><td>4486</td><td></td></tr><tr><td>可変速回転ツール&nbsp;</td><td>Dremel</td><td>4000-6/50</td><td></td></tr><tr><td>超小型ダイヤモンドコアドリル - 2.5 mm</td><td>Dad's Rock Shop</td><td>SDCD</td><td></td></tr><tr><td>クーラント</td><td>NBK</td><td>JK-A-NBK-000-020</td><td>研削液濃縮物 US 5 gal / 20 L</td></tr><tr><td>機器制御およびデータ収集用の商用ソフトウェアパッケージとコード</td><td>IDL EPICSおよびSPEC</td><td></td>は、ビームライン<td></td></tr><tr><td>CCDカメラ</td><td>連合のコンピューターにインストールされています</td><td>ビームラインに設置された</td>ビジョン<td>プロシリカGT</td></tr></tbody></table>

岩や放射光 x 線回折を用いた鉱物骨材の冷間圧縮時の応力分布

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

岩およびマルチアンビル変形試験機 (D DIA) が放射光 x 線と相まって内ミネラル総計の圧縮実験を実行するための詳細な手順を報告する.キューブ状のサンプル アセンブリは準備、圧縮、常温で 4 x 線透過ダイアモンドアンビル、横方向と縦方向の平面の 2 つのタングステン カーバイド アンビルのセットによってそれぞれ。すべて 6 アンビルは 250 トン油圧プレス内に収容され、同時に 2 つのくさびガイド ブロックで内側に押し込まれ。水平のエネルギー分散型 x 線ビームを介して投影は、サンプル アセンブリによって回折します。ビームは白または単色 x 線モードでは一般的です。白色 x 線の場合回折 x 線検出結果のエネルギー分散回折パターンを収集する固体検出器アレイです。単色 x 線の場合は電荷結合素子 (CCD) 検出器やイメージング プレートなど、二次元 (2 D) 検出器を用いた回折パターンを記録します。2 D の回折格子間隔を導出する分析されます。サンプルの弾性ひずみは、粒内での原子の格子間隔から派生します。ストレスは、あらかじめ決められた弾性率と弾性ひずみを使用して計算されます。さらに、2 次元応力分布の向きが異なる応力を分散する方法を理解できます。さらに、x 線パスのシンチレータ降伏体積歪データ サンプルの直接測定実験中にサンプル長変化の精密測定は、サンプル環境の可視光の画像が得られます。このタイプの実験は、圧縮のメカニズムに光を当てることができます最終的に地盤材料内の応力分布を定量化できます。そのような知識圧縮プロセスが重要な岩石力学、地盤工学、鉱物の物理学および物質科学アプリケーションにおける主要なプロセスの私達の理解を大幅に向上する可能性があります。

複合水晶集計5,6と novaculite コア サンプル66BM b マルチアンビル プレスで実行 x 線回折実験 (実験 SIO2_55) から 1 つの代表の結果の例を示す.石英集合体と novaculite の粒径、~ 4 μ m 〜 6-9 μ m、それぞれ5,6。図 8にこの実験中に収集されたスペクトルを示す回折を選択しました。包囲された圧力、石英集合体と、novaculite から回折スペクトルは本質的に区別がつかない (実験 SIO2_55peak2 Set1図 8)。具体的には、相対強度のすべての回折ピーク位置、幅、2 つの地盤材料間区別できません。その後の...

岩や放射光 x 線と相まって変形マルチアンビル装置内ミネラル総計を圧縮実験の手順の詳細を報告します。そのような実験は、最終的に地盤材料の圧縮プロセスのライトを取除くことのサンプル内の応力分布の定量化を許可します。

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

この方法は、岩石の圧縮プロセスに関する地質力学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、岩石や鉱物の凝集体内の局所弾性場を定量的に測定できることです。この方法は、冷間圧縮中のサンプル内の応力分布に関する洞察を提供しますが、高温圧縮などの他の手法にも適用できます。一般に、この方法に不慣れな人は、サンプルと細胞アセンブリの調製に課題があるため、苦労します。サンプルと細胞アセンブリの調製は、細胞アセンブリの個々のサンプルと部分が非常に小さくてデリケートであるため、視覚的なデモンストレーションなしでは習得が困難です。鉱物骨材サンプルの調製を開始するには、乳鉢と乳棒、または粉砕ヘッド付きの回転工具を使用して、約15グラムの岩石試料または既存の粉末を直径約4ミクロンの粒子に粉砕します。エタノールを含む20センチメートルのデカンテーションカラムにミネラル粒子を注ぎます。穀物がその密度に対して適切な期間落ち着くのを待ちます。次に、サスペンションを高さごとに3つのビーカーに分割します。ビーカーの中身を一晩空気中で乾かします。各バッチの平均粒径を測定し、平均粒径が4マイクロメートルに最も近いバッチを選択します。次に、アルミナロッドの端を0.5度以内で平行に平らになるように研削します。アルミナリング内のロッドをエタノールで10秒間超音波処理して清掃します。デリケートなタスクワイプでコンポーネントを乾かします。きれいな表面で作業し、D-DIAセルアセンブリキューブの穴の一端を粘着テープで覆います。硝酸ホウ素スリーブをアセンブリキューブに挿入します。次に、ピンセットを使用して、アルミナリングのグラファイトリングをアルミナロッドにスライドさせます。アルミナロッドとリングをアセンブリキューブに置き、グラファイトリングを底に置きます。ロッドとリングが穴の底に落ち着き、グラファイトリングがテープに接触していることを確認します。最終的に入射するX線ビームと整列する立方体の角をマークします。次に、1.5mm×17mmのタンタルホイルをカットし、U字型に折ります。箔を立方体に挿入し、箔を揃えて、箔の2D投影がX線ビーム方向に対して最小になるようにします。ピンを使用して、ホイルをスペースの端にそっと押し付けます。以前に調製した岩石コアまたは鉱物凝集体参照サンプルをセルアセンブリキューブに挿入します。1.7 mm x 1 mm のタンタル箔を、箔の長辺を X 線ビームに対して垂直になるように、参照サンプルの上に平らに置きます。次に、小さなヘラを使用して、ミネラル凝集体サンプルを細胞アセンブリキューブに慎重に詰めます。パックされたサンプルの上の立方体に1.4ミリメートルのスペースを残します。円筒形の空間の壁に付着した余分な粒子を空気でやさしく取り除きます。ピンとキャリパーを使用して、

stress-distribution-during-cold-compression-rocks-mineral-aggregates

Research

JoVE Journal

Environment

環境

放射光マイクロ回折技術と組み合わせるレーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルは、研究者が極端な圧力と温度（PT）条件での物質の新たな相の性質と特性を探索することができます。異種のサンプルが特徴付けられる...

エクストリーム圧力と温度での合成とMicrodiffraction

本稿では、光量子ソースでGSECARS 13-BM-Cのビームラインでダイヤモンドアンビルセルを用いて単結晶X線回折実験を行うための詳細な手順について説明します。 ATREX及びRSVプログラムは、データを分析するために使用されます。...

PX ^ 2の高圧単結晶回折

岩石の変形は、高圧で定量化する必要があります。新しく設計された固体媒体グリッグス型装置の変形実験を実行する手順の説明がここで与えられます。これは 5 まで圧力で将来のレオロジー的研究の基盤技術を提供します...

新世代グリッグス型装置を使用して、高温高圧変形実験

ビームライン セットアップ ラウエ (多色放射) または回折 (単色放射) を使用して単一の結晶または粉末試料の急速な二次元 x 線蛍光と x...

・鉱物及び岩石試料の蛍光を放射光 x 線回折

このプロトコルは、三軸圧縮時に粒状土壌の高空間分解能コンピュータ断層撮影(CT)画像を取得し、これらのCT画像に画像処理技術を適用して、粒状の機械的挙動を探索する手順を説明する。積み込み中の土壌。...

シンクロトロンX線マイクロ断層撮影によるせん断下の粒状土壌の故障の可視化と関連する粒状土壌の機械的挙動

この研究は、高圧および高温(HPHT)条件を発生させる外部加熱ダイヤモンドアンビルセル(EHDAC)を調製するための標準プロトコルに焦点を当てています。EHDACは、極限の条件下で地球や惑星内部の材料を調査するために採用されており、固体物理学や化学研究でも使用できます。...

高圧温度条件下でのIce-VIIの合成と単結晶弾性測定のための外部加熱ダイヤモンドアンビルセル

ここで提示されたプロトコルは、高圧放射状ダイヤモンド -...

超微細金属の機械的強度の決定

放射性トレーサーで植物にミネラル栄養素や毒性物質のフラックスを測定する

イン土壌取得したX線コンピュータ断層撮影データから視覚的および定量的な根の構造情報を得るための方法が提供されます。...

三次元根系のための抽出メトリック：イン土壌のX線コンピュータ断層撮影データからボリュームおよび表面分析

不定芽は、植物ホルモン治療せずトコンの節間のセグメントに誘導できます。不定芽形成過程における植物ホルモンの動態を評価するには、MS LC/MS...

トコンの節間文化の中に内生オーキシンとサイトカイニンの定量化

学ぶ マルチアンビル変形装置と放射光X線回折を用いた鉱物骨材の応力分布測定法。地質材料の圧密過程と局所弾性場の定量的解析に役立つ技術です。

岩や放射光 x 線回折を用いた鉱物骨材の冷間圧縮時の応力分布

さらに動画を探す