행성 내부의 분화의 시뮬레이션 실험실에서 처리

본 절차의 전반적인 목표는 행성 내부의 분화 과정을 시뮬레이션하는 것입니다. 이는 먼저 올리빈, 규산염, 철 분말 및 황화철을 균질하게 혼합함으로써 수행됩니다. 두 번째 단계는 이 혼합물을 고압 셀 어셈블리에 장입하는 것입니다.

다음으로, 멀티 앤빌 장치를 사용하여 어셈블리를 6 GPa로 가압하고 1,800 °C로 가열합니다. 마지막 단계는 샘플을 회수하여 3D 이미징을 준비하는 것입니다. 최종적으로, 실리콘과 용융 금속의 분포를 시각화하고 액체 금속이 결정질 실리콘을 통해 침투하여 핵을 형성할 수 있는지 결정하기 위해 3D 이미지를 사용합니다.

이 방법은 침투를 통한 행성 핵 형성 등 행성 과학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 먼저 침투 과정 시뮬레이션을 위한 재료를 준비하십시오. 핵 형성을 위해, 마노 유발에서 천연 규산염, 감람석 및 금속 철 분말을 황 10 wt% 비율로 혼합하여 약 1g의 혼합물을 만듭니다.

에탄올 하에서 출발 물질을 1시간 동안 분쇄하여 혼합 분말을 만듭니다. 이 과정이 완료되면, 해당 물질을 100 °C에서 1시간 동안 건조한 뒤, 건조된 물질을 회수하여 식힙니다. 이후 멀티 앤빌(multi anvil) 실험 준비를 시작합니다. 지름 약 1.5 mm, 길이 약 1.5 mm의 Al₂O₃ 캡슐에 출발 물질을 충진합니다.

다음으로 캡슐을 전기 저항 시료 가열기가 포함된 고압 셀 어셈블리에 넣습니다. 이제 셀을 멀티 앤빌 고압 장치에 사용할 준비가 되었습니다. 셀 어셈블리를 장치에 장착하고, 고정점 압력 교정 곡선을 기준으로 한 목표 압력인 6 GPa까지 시료를 가압합니다.

또한, 전기 저항 가열기를 사용하여 시료를 목표 온도인 1,800 °C까지 가열하십시오. 본 실험에서는 이 압력과 온도를 12시간 동안 유지하십시오.

실험이 완료되면 히터 전원을 꺼서 시료를 상온으로 냉각시키고, 유압 오일 밸브를 열어 6시간에 걸쳐 천천히 압력을 해제합니다. 마지막으로 고압 어셈블리를 회수하며, 시료 분석에는 집중 이온 빔 주사 전자 현미경을 사용합니다. 시료를 마운팅 및 폴리싱하고 표면을 카본 코팅하여 장비 사용을 위한 준비를 마칩니다.

그 다음 이를 기기의 시료 챔버에 장착하십시오. 작동 거리 5 mm에서 집속 이온 빔(FIB)과 주사 전자 현미경(SEM)의 일치 지점에 시료를 정렬하십시오. 15 × 20 × 20 µm³ 부피가 노출되도록 시료를 프리밀링(Premil)하십시오.

그런 다음 이온 빔을 계속 사용하여 25 nanometers 깊이로 층을 밀링합니다. 각 층을 제거한 후, 노출된 표면의 주사 전자 현미경 이미지를 촬영합니다. 밀링이 완료되면 이미지 데이터 파일을 시각화 소프트웨어에 입력하여 시각화를 위한 3D 이미지를 생성합니다. 이 3D 재구성은 6 gPa에서 1,800 °C로 가열된 퀜칭 시료에 대한 것입니다.

강조 표시된 부피는 철 및 황화철 용융물을 나타냅니다. 나머지 부피는 광물로 채워져 있습니다. 부피는 약 5 × 6 × 7 µm³입니다.

이미지를 보면, 여기서 확인되는 바와 같이 100도 이상의 큰 dedal 각도로 인해 금속 용융 포켓이 규산염 입자 모서리에 갇혀 있음을 알 수 있습니다. 이 새로운 이미징 기술은 실제 dedal 각도를 정밀하게 결정할 수 있는 강력한 도구를 제공합니다. 임계각에 따른 용융물 분포의 변화를 모니터링함으로써, 좁은 조성 및 압력 범위 내에서 비연결 네트워크에서 연결 네트워크로의 전이 지점을 정확히 찾아내는 데 사용할 수 있습니다.

이 방법은 부피 분율과 연결성에 대한 정량적 측정값 또한 제공합니다. 이 3D 이미지들은 부피 분율 5% 미만의 서로 다른 금속 규산염 비율을 가진 급랭 시료의 모습입니다. 더 높은 부피 분율에서는 액체 금속이 고립된 포켓을 형성하며, 이후 발달 과정에 따라 서로 연결된 네트워크가 형성됩니다.

이 기술은 시각화와 결합된 실험적 시뮬레이션을 통해 행성 핵 형성 과정을 탐구함으로써 실험, petr 및 행성 과학 분야 연구의 길을 열어줍니다.