Symulacja procesów różnicowania wnętrza planety w laboratorium

Ogólnym celem tej procedury jest symulacja procesu różnicowania się wnętrza planety. Osiąga się to poprzez pierwsze zmieszanie krzemianu z oliwek, proszku żelaza i siarczku żelaza. Drugim krokiem jest załadowanie mieszaniny do zespołu ogniw wysokociśnieniowych.

Następnie zespół jest podgrzewany pod ciśnieniem do sześciu giga paskali i podgrzewany do 1 800 stopni Celsjusza w urządzeniu z wieloma kowadełkami. Ostatnim krokiem jest odzyskanie próbki i przygotowanie jej do obrazowania 3D. Ostatecznie obraz 3D wykorzystano do wizualizacji rozkładu silikonu i stopionego metalu oraz określenia, czy ciekły metal może przeniknąć przez krystaliczny silikon, tworząc rdzeń.

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w naukach planetarnych, takie jak formacje jądr planetarnych poprzez perkolacje. Zacznij od przygotowania materiałów do symulacji procesu perkolacji. W tworzeniu rdzenia przygotuj około grama mieszaniny naturalnego krzemianu, oliwy i metalicznego proszku żelaza z 10 procentami wagowymi siarki w zaprawie agatowej.

Pod zmielonym etanolem materiał wyjściowy do znalezienia zmieszanego proszku przez jedną godzinę. Gdy to zrobisz, wysusz materiały w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez godzinę, odzyskaj wysuszony materiał, a gdy ostygną, rozpocznij przygotowania do eksperymentów z wieloma kowadłami. Załaduj materiał wyjściowy do kapsułki z tlenku glinu CI o średnicy około 1,5 milimetra i długości 1,5 milimetra.

Następnie umieść kapsułkę w zespole wysokociśnieniowej komórki, która jest wyposażona w grzałkę do próbek z rezystancją elektryczną. Komórka jest teraz gotowa do pracy w aparacie wysokociśnieniowym z kowadełkiem. Zamontuj zespół ogniw w aparacie, zwiększ ciśnienie próbki do ciśnienia docelowego tutaj, sześć gigapaskali w oparciu o krzywą kalibracji ciśnienia w punkcie stałym.

Użyj również grzałki oporowej, aby doprowadzić próbkę do 1 800 stopni Celsjusza. Temperatura docelowa. W tym eksperymencie utrzymuj ciśnienie i temperaturę przez 12 godzin.

Po zakończeniu eksperymentu schłodzić próbkę do temperatury pokojowej, wyłączając zasilanie grzałki i powoli zmniejszać ciśnienie przez sześć godzin, otwierając zawór oleju hydraulicznego. Na koniec odzyskaj zespół wysokociśnieniowy, a analiza próbki próbki wykorzystuje skaningowy mikroskop elektronowy ze skupioną wiązką jonów. Przygotuj próbkę do użycia w instrumencie, montując ją i polerując oraz pokrywając jej powierzchnię węglem.

Następnie załaduj go do komory na próbkę urządzenia. Ustawić próbkę w punkcie zbieżnym skupionej wiązki jonów i skaningowego mikroskopu elektronowego w odległości roboczej pięciu milimetrów. Wstępnie przygotuj próbkę, aby naświetlić objętość 15 na 20 na 20 mikrometrów sześciennych.

Następnie kontynuuj używanie wiązki jonów do frezowania warstw o głębokości 25 nanometrów. Po usunięciu każdej warstwy wykonaj zdjęcie odsłoniętej powierzchni za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego Po zakończeniu frezowania wprowadź pliki danych obrazu do oprogramowania do wizualizacji i utwórz obrazy 3D do wizualizacji. Ta rekonstrukcja 3D dotyczy próbki hartowanej, która została podgrzana do 1800 stopni Celsjusza przy sześciu gigapaskalach.

Podświetlona objętość reprezentuje stopienie się żelaza i siarczku żelaza. Pozostała część objętości jest zajęta przez ine. Objętość wynosi około pięć na sześć na siedem mikrometrów sześciennych.

Obraz pokazuje, że metaliczne kieszenie stopione zostały uwięzione w rogach ziaren krzemianu z powodu dużych kątów dedalacji mierzonych powyżej 100 stopni, jak widać tutaj. Ta nowa technika obrazowania zapewnia potężne narzędzie do precyzyjnego określania rzeczywistego kąta dedalacji. Monitorując zmianę rozkładu stopionego materiału pod kątem krytycznym, można go wykorzystać do określenia przejścia od sieci niepołączonych do połączonych w małym przedziale składu i ciśnienia.

Metoda zapewnia również ilościowy pomiar ułamka objętościowego i łączności. Te obrazy 3D przedstawiają schłodzoną próbkę o różnych proporcjach krzemianu metalu poniżej ułamka objętościowego 5%Ciekły metal tworzy izolowane kieszenie o większej objętości. Po jego rozwoju powstają frakcje i połączona ze sobą sieć.

Technika ta toruje drogę do badań w dziedzinie nauk eksperymentalnych, geograficznych i planetarnych w celu zbadania procesu powstawania jądra planety poprzez symulację eksperymentalną połączoną z wizualizacjami.