싱크로 빠른 단층 촬영을 사용하여 탄산염의 반응의 동적 기공 규모의 저수지 조건 이미징

싱크로 빠르게 단층 촬영 저장 조건에서 CO ₂ 포화 된 염수의 존재하에 동적으로 석회석 화상 용해 하였다. 100 스캔을 2 시간에 걸쳐 6.1 ㎛의 해상도로 촬영 하였다.

이 실험의 전반적인 목표는 저수지 조건에서 실제 암석의 산성 염수와 반응하는 동안 유체 암석 계면의 동적 변화를 관찰하는 것입니다. 이 방법은 지하 유체 이동을 정확하게 예측하는 방법 및 서지 영구성의 효과와 같은 탄소 저장의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 3차원 이미지를 빠르고 비침습적으로 촬영할 수 있다는 것입니다.

이 방법은 지구화학 시스템에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 기계적 응력 환경에서 여러 유체 상을 이미징하거나 배터리 또는 곤충 눈과 같은 생물학적 시스템의 기능을 이미징하는 것이 일반적인 응용 분야입니다. 가장 높은 분홍색 빔 에너지와 플럭스에서 빔 라인의 X선 스펙트럼을 계산하는 것으로 시작합니다.

그런 다음 실험적 튜닝 곡선을 사용하여 이미징 성능을 예측하고 필터링 전송을 측정합니다. 다음으로, 좋은 이미지를 얻기 위해 적절한 필터로 빔 스펙트럼을 보정하는 것이 중요합니다. 시간이 많이 걸리지만 필수적입니다.

샘플을 가열하는 저에너지 X선을 필터링하는 것부터 시작하고, 이미징을 개선하지 마십시오. 사용 가능한 광 파장에서 이론적인 필터 투과율을 계산하고 적절한 필터를 선택합니다. 이 경우 알루미늄 및 금 필터가 사용됩니다.

다음으로 대역 통과 필터를 추가합니다. 고역 통과 X선 필터의 경우 0.2mm 열분해 탄소 세트와 0.2mm 알루미늄 필터 세트를 사용하십시오. 저역 통과 필터의 경우 임계각 근처에서 작동하는 X선 미러를 사용하십시오.

1.15 밀리로드의 입사각에서 백금 코팅 스트립이 여기에 사용되어 30 킬로전자 볼트 미만의 빛을 반사합니다. 다음으로, 빔 라인의 사용 가능한 광 주파수와 플럭스에서 풍부하게 섬광하는 신틸레이터를 선택하십시오. 여기에서는 텅스텐 산 납이 적층 된 카드뮴 텅스텐 산염이 사용됩니다.

그런 다음 대물 렌즈와 적절한 시야각과 스냅 시간 해상도를 가진 카메라를 선택합니다. 이미징의 경우 플라이 스캔 기술을 사용하여 샘플이 진동을 덜 경험하도록 합니다. 코어 플러딩에 대비하기 위해 코어를 셀에 로드하는 것으로 시작합니다.

먼저 코어를 알루미늄 호일 한 층으로 감쌉니다. 다음으로, 코어와 내부 엔드 피팅의 총 길이보다 2mm 짧게 절단된 Viton 슬리브에 코어를 삽입합니다. 그런 다음 5mm 엔드 피팅 위로 슬리브를 늘려 단단히 밀봉합니다.

코어의 엔드 피팅 사이에 공간이 없어야 하며, 그렇지 않으면 흐름이 끼게 됩니다. 피팅과 슬리브를 두 겹의 알루미늄으로 추가로 감싸 이산화탄소가 밀폐 유체로 확산되는 것을 방지하고 슬리브가 피팅의 제자리에 고정되도록 합니다. 이제 코어 홀더를 다시 조립하십시오.

튜브와 씰을 밀어 넣고 볼트를 교체합니다. 그런 다음 코어 홀더를 무대에 장착하고 흐름과 전선을 연결합니다. 흐름과 전선은 180도 호를 그리는 동안 스테이지의 자유로운 회전을 방해해서는 안 됩니다.

이제 실험을 시작하기 전에 전체 코어를 드라이 스캔하십시오. 자세한 내용은 텍스트 프로토콜에 있습니다. 또한 텍스트에 설명된 대로 섬광의 이미지를 찍습니다.

시작하려면 새로 준비된 염수를 반응기에 넣고 다시 조립하십시오. 볼트를 조이고 히트 테이프로 다시 감은 다음 온도 프로브를 삽입합니다. 이제 압력이 100bar에 도달할 때까지 밸브 1의 이산화탄소를 분사 펌프로 로드합니다.

그런 다음 밸브 2를 열어 반응기에 이산화탄소를 가득 채웁니다. 동반 교반기로 소금물을 계속 저어주고 반응기를 섭씨 50도까지 가열합니다. 소금물을 10메가파스칼에서 2-6시간 동안 평형을 이루어 이산화탄소로 포화시키고 탄산염을 완전히 용해시킵니다.

평형이 되면 시스템을 퍼지합니다. 먼저 코어 홀더 위와 아래의 선을 연결하여 코어 홀더를 우회합니다. 둘째, 밸브 11을 통해 수신 펌프에 이온수를 적재하기 위해 수신 펌프를 다시 채우도록 설정합니다.

셋째, 밸브 7, 4, 3을 엽니다. 마지막으로, 정압 모드에서 수신 펌프를 사용하여 시스템을 통해 물을 뒤로 구동하고 반응기 아래의 밸브 3을 배출합니다. 약 10개의 시스템 볼륨을 사용하여 라인에 공기가 제거되고 깨끗하게 헹궈졌는지 확인합니다.

이제 수신 펌프를 비우고 밸브 11을 통해 더 무거운 염수를 수신 펌프에 적재합니다. 요오드화 칼륨 25 %를 사용하십시오. 그런 다음 밸브 10을 통해 이온수를 밀폐 펌프에 로드합니다.

그런 다음 밸브 10을 닫고 밸브 8과 6을 엽니다. 제한 펌프를 사용하여 코어를 2메가파스칼로 제한합니다. 이제 밸브 11을 닫고 수용 펌프를 10bar로 가압합니다.

그런 다음 밸브 9, 7, 4, 3을 엽니다. 결과 압력 강하를 사용하여 염수를 코어를 통해 구동합니다. 합리적인 유속을 얻기 위해 제한적이고 열악한 압력을 점차적으로 높입니다.

약 2개의 완전한 시스템 부피의 염수를 코어로 구동합니다. 밸브 3을 닫은 다음 코어가 12메가파스칼로 제한되고 코어 압력이 10메가파스칼이 될 때까지 제한 압력과 불량 압력을 점진적으로 높입니다. 코어는 또한 섭씨 50도로 재평형을 이루어야 합니다.

이제 수신 펌프를 중지하고 반응기 바닥에 있는 밸브 5를 열어 반응기 시스템을 코어에 연결합니다. 이것은 고온 압력 실험입니다. 성공을 보장하려면 장비를 매우 조심스럽게 조립하고 반응 흐름을 시작하기 전에 철저히 테스트하십시오.

유체 흐름을 시작하기 전에 CMOS 카메라의 시야를 코어 중앙의 중앙에 놓고 코어의 범람을 추적하기 위해 연속 2D 프로젝션을 시작합니다. 다음으로, 코어를 통해 필요한 유량에 대해 수신 펌프를 조정합니다. 시스템 압력을 조절하기 위해 프런트 엔드의 분사 펌프를 사용하십시오.

이제 반응성 염수의 도착을 알리는 감쇠 변화에 대한 2D 예측을 모니터링합니다. 코어의 투과율이 증가하고 더 많은 빛이 신틸레이터에 닿을수록 매우 투명한 반응성 유체가 채워짐에 따라 투영이 밝아집니다. 반응성 염수와 비반응성 염수 사이에 감쇠 차이가 없으면 염 농도가 더 높은 염수 또는 다른 흡수율이 높은 염을 사용하십시오.

반응하는 염수가 도착하면 2D 스캔을 중지하고 가능한 한 빨리 연속 3D 단층 촬영을 시작합니다. 스캔당 약 1, 000개의 투영을 사용하고 180도 회전만 사용하여 코어를 스캔합니다. 제한 시간에 도달하거나 코어가 너무 용해되어 내부 구조 붕괴의 임박한 위험이 있을 때까지 스캔합니다.

그런 다음 텍스트 프로토콜에 따라 시스템의 압력을 낮추고 코어 홀더에서 코어 어셈블리를 조심스럽게 제거합니다. 제거되면 내부 엔드 피팅에서 슬리브를 분리하고 슬리브로 덮인 코어를 탈이온수 비이커에 넣어 잠재적으로 반응성 염수를 희석하고 모든 반응을 중지합니다. 설명된 방법을 사용하여 포틀랜드 탄산염 코어에서 방해석과 버퍼되지 않은 초임계 이산화탄소 포화 염수 사이의 반응을 이미지화했습니다.

분할된 이미지는 공극과 암석의 옥실 수를 계산하여 다공성 변화에 대한 시계열로 분석되었습니다. 용해하는 동안 다공성은 시간이 지남에 따라 증가했습니다. 분할된 이미지를 육안으로 검사하면 흐름 방향에 채널이 있음을 알 수 있습니다.

추가 조사에 따르면 이 채널은 처음 1시간 동안 형성되었고 실험이 계속됨에 따라 넓어졌다. 그런 다음 분할된 이미지를 네트워크 추출 모델에 대한 입력으로 사용하여 투과성 변화를 분석했습니다. 초기 시간 동안 투과성이 급격히 증가했지만 그 후 투과성이 안정화되었습니다.

이 비디오를 시청한 후에는 고속 싱크로트론 단층촬영을 사용하여 동적 반응을 이미지화하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 4시간 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 모든 장비를 액체 유출로부터 보호하고 빔 라인에 설치하기 전에 철저히 테스트하는 것을 기억하는 것이 중요합니다.

우리는 매우 높은 수준의 안전을 보장하기 위해 엄격한 절차를 따릅니다. 싱크로트론 과학에서는 건강과 안전이 가장 중요합니다.