Sinkrotron Hızlı Tomografi ile Karbonat içinde Reaksiyon Dinamik Gözenek ölçekli Rezervuar-koşul Görüntüleme

Bu deneyin genel amacı, rezervuar koşulları altında gerçek kayada asit tuzlu su ile reaksiyon sırasında akışkan kaya arayüzündeki dinamik değişimi gözlemlemektir. Bu yöntem, yüzey altı sıvı göçünün nasıl doğru bir şekilde tahmin edileceği ve dalgalanma kalıcılığının etkinliği gibi karbon depolamadaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin en büyük avantajı, üç boyutlu görüntülerin hızlı ve noninvaziv bir şekilde alınabilmesidir.

Bu yöntem jeokimyasal sistemler hakkında bilgi sağlayabilse de, diğer sistemlere de uygulanabilir. Mekanik stres ortamları sırasında çoklu sıvı fazlarının görüntülenmesi veya pillerin veya böcek gözleri gibi biyolojik sistemlerin çalışması tipik uygulamalardır. En yüksek pembe ışın enerjisi ve akısında ışın hattının X-ışını spektrumlarını hesaplamakla başlayın.

Ardından, deneysel ayar eğrisini kullanarak ve filtreleme iletimlerini ölçerek görüntüleme performansını tahmin edin. Ardından, iyi bir görüntü elde etmek için ışın spektrumunu yeterli filtrelerle kalibre etmek çok önemlidir. Zaman alıcıdır, ancak gereklidir.

Numuneyi ısıtan ve görüntülemeyi iyileştirmeyen düşük enerjili X-ışınlarını filtreleyerek başlayın. Mevcut ışık dalga boylarında teorik filtre iletimini hesaplayın ve uygun filtreleri seçin. Bu durumda alüminyum ve altın filtreler kullanılır.

Ardından, bir bant geçiren filtre ekleyin. Yüksek geçişli X-ışını filtreleri için 0,2 milimetre pirolitik karbon ve 0,2 milimetre alüminyum filtrelerden oluşan bir set kullanın. Alçak geçiren filtre için, kritik açının yakınında çalışan bir X-ışını aynası kullanın.

Burada 30 kiloelektron voltun altındaki ışığı yansıtmak için 1.15 milirodluk bir geliş açısı altında platin kaplı bir şerit kullanılır. Ardından, ışın hatlarının mevcut ışık frekanslarında ve akısında bol miktarda parıldayan bir sintilatör seçin. Burada, kurşun tungstenat ile istiflenmiş bir kadmiyum tungstenat kullanılır.

Ardından, bir objektif lens ve uygun bir görüş alanına ve çekim süresi çözünürlüğüne sahip bir kamera seçin. Görüntüleme için, numunenin daha az titreşim yaşaması için sinek tarama tekniğini kullanın. Çekirdek taşmasına hazırlanmak için çekirdeği hücreye yüklemekle başlayın.

İlk olarak, çekirdeği bir kat alüminyum folyoya sarın. Ardından, göbeği, çekirdek ve iç uç bağlantı parçalarının toplam uzunluğundan iki milimetre daha kısa olacak şekilde kesilmiş bir Viton manşonuna yerleştirin. Ardından, sıkı bir sızdırmazlık sağlamak için manşonu beş milimetrelik uç bağlantı parçalarının üzerine gerin.

Çekirdekteki uç bağlantı parçaları arasında boşluk olmamalıdır, aksi takdirde akış sıkışır. Karbondioksitin sınırlama sıvısına yayılmasını önlemek ve manşonu bağlantı parçaları üzerinde yerinde tutmak için bağlantı parçalarını ve manşonu iki ek alüminyum katmana sarın. Şimdi, çekirdek tutucuyu tekrar bir araya getirin.

Boruyu ve contaları kaydırın ve cıvataları değiştirin. Ardından, çekirdek tutucuyu sahneye monte edin ve akışı ve elektrik hatlarını bağlayın. Akış ve elektrik hatları, sahnenin 180 derecelik bir yay üzerinde serbest dönüşünü engellememelidir.

Şimdi, deneye başlamadan önce tüm çekirdeğin kuru bir taramasını yapın. Detaylar metin protokolünde yer almaktadır. Ayrıca metinde anlatıldığı gibi sintilatörlerin resimlerini de çekin.

Başlamak için yeni hazırlanmış tuzlu suyu reaktöre yükleyin ve yeniden monte edin. Cıvataları sıkın, ısı bandı ile yeniden sarın ve sıcaklık probunu yerleştirin. Şimdi, basınç 100 bar'a ulaşana kadar birinci valften enjeksiyon pompasına karbondioksit yükleyin.

Ardından, reaktörü karbondioksitle doldurmak için ikinci valfi açın. Tuzlu suyu bir sürüklenme karıştırıcısı ile sürekli karıştırın ve reaktörü 50 santigrat dereceye ısıtın. Tuzlu suyu 10 megapaskalda iki ila altı saat dengeleyin, karbondioksit ile doyurun ve karbonatı tamamen çözün.

Dengelendikten sonra sistemi temizleyin. İlk olarak, çekirdek tutucuyu atlamak için çekirdek tutucunun üstündeki ve altındaki çizgileri birleştirin. İkinci olarak, iyonize suyu valf 11 aracılığıyla alıcı pompaya yüklemek için alıcı pompayı yeniden doldurulacak şekilde ayarlayın.

Üçüncü olarak, yedi, dört ve üç numaralı vanaları açın. Son olarak, suyu sistemden geriye doğru sürmek ve reaktörün altındaki üçüncü vanadan çıkarmak için alıcı pompayı sabit basınç modunda kullanın. Hatların havadan arındırıldığından ve durulanarak temizlendiğinden emin olmak için yaklaşık 10 sistem hacmi kullanın.

Şimdi, alıcı pompayı boşaltın ve valf 11 aracılığıyla alıcı pompaya daha ağır bir tuzlu su yükleyin. Ağırlıkça %25 potasyum iyodür kullanın. Ardından, iyonize suyu valf 10 aracılığıyla sınırlama pompasına yükleyin.

Ardından, 10 numaralı vanayı kapatın ve sekiz ve altıncı vanaları açın. Çekirdeği iki megapaskalda sınırlamak için sınırlama pompasını kullanın. Şimdi valfi 11 kapatın ve alıcı pompayı 10 bar'a kadar basınçlandırın.

Ardından dokuz, yedi, dört ve üç numaralı vanaları açın. Tuzlu suyu çekirdekten geçirmek için ortaya çıkan basınç düşüşünü kullanın. Makul bir akış hızı elde etmek için sınırlayıcı ve zayıf basınçları kademeli olarak artırın.

Çekirdeğe yaklaşık iki tam sistem hacmi tuzlu su sürün. Üçüncü valfi kapatın ve ardından çekirdek 12 megapaskal'da sınırlanana ve çekirdek basıncı 10 megapaskal olana kadar sınırlayıcı ve zayıf basınçları kademeli olarak artırın. Çekirdek ayrıca 50 santigrat dereceye kadar yeniden dengelenmelidir.

Şimdi, alıcı pompayı durdurun ve reaktör sistemini çekirdeğe bağlamak için reaktörün tabanındaki beşinci vanayı açın. Bu bir yüksek sıcaklık basıncı deneyidir. Başarıyı sağlamak için, ekipmanı monte ederken çok dikkatli olun ve reaktif akışa başlamadan önce iyice test edin.

Sıvı akışını başlatmadan önce, CMOS kameranın görüş alanını çekirdeğin ortasında ortalayın ve çekirdeğin taşmasını izlemek için sürekli 2D projeksiyonlar almaya başlayın. Ardından, alıcı pompayı çekirdekten geçen gerekli akış hızları için ayarlayın. Sistem basıncını düzenlemek için ön uçtaki enjeksiyon pompasını kullanın.

Şimdi, reaktif tuzlu suyun gelişini işaret eden zayıflama değişiklikleri için 2D projeksiyonları izleyin. Çekirdeğin iletimi artacak ve yüksek X-ışını şeffaf reaktif sıvı dolduğu için sintilatörün üzerine daha fazla ışık çarptıkça projeksiyonlar parlayacaktır. Reaktif ve reaktif olmayan tuzlu su arasında zayıflama farkı yoksa, daha yüksek tuz konsantrasyonlu tuzlu su veya yüksek emici farklı bir tuz kullanın.

Reaksiyona giren tuzlu su geldiğinde, 2D taramaları durdurun ve mümkün olduğunca hızlı bir şekilde ardışık 3D tomografiler çekmeye başlayın. Tarama başına yaklaşık 1.000 projeksiyon kullanın ve çekirdeği yalnızca 180 derece döndürme kullanarak tarayın. Zaman sınırına ulaşılana veya çekirdek çok çözülmüş görünene ve yakın bir iç yapısal çökme tehlikesi olana kadar tarayın.

Ardından, metin protokolüne göre sistemin basıncını boşaltın ve çekirdek tertibatını çekirdek tutucudan dikkatlice çıkarın. Çıkarıldıktan sonra, manşonu iç uç bağlantı parçalarından ayırın ve potansiyel olarak reaktif tuzlu suyu seyreltmek ve tüm reaksiyonu durdurmak için manşon kaplı göbeği, deiyonize su dolu bir behere yerleştirin. Açıklanan yöntem kullanılarak, bir Portland karbonat çekirdeğinde kalsit ve tamponlanmamış süper kritik karbondioksite doymuş tuzlu su arasında bir reaksiyon görüntülendi.

Segmentlere ayrılmış görüntüler, gözenek ve kayanın oksillerinin sayısı sayılarak gözeneklilik değişiklikleri için bir zaman serisi olarak analiz edildi. Çözünme sırasında gözeneklilik zamanla artmıştır. Segmentlere ayrılmış görüntülerin görsel olarak incelenmesi, akış yönünde bir kanalın varlığını gösterir.

Daha fazla araştırma, kanalın ilk bir saat içinde oluştuğunu ve daha sonra deney devam ettikçe genişlediğini ortaya çıkardı. Bölümlere ayrılmış görüntüler daha sonra geçirgenlik değişikliklerini analiz etmek için bir ağ çıkarma modeline girdi olarak kullanıldı. İlk bir saat boyunca geçirgenlikte keskin bir artış oldu, ancak daha sonra geçirgenlik stabilize oldu.

Bu videoyu izledikten sonra, hızlı senkrotron tomografisi kullanarak dinamik reaksiyonun nasıl görüntüleneceğini iyi anlamış olmalısınız. Bir ustalaşmış olan bu teknik, uygun şekilde yapılırsa dört saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, tüm ekipmanı sıvı dökülmelerinden korumayı unutmamak ve kiriş hattına monte etmeden önce kapsamlı bir şekilde test etmek önemlidir.

Çok yüksek güvenlik standartlarını sağlamak için titiz prosedürleri takip ediyoruz. Senkrotron bilimi söz konusu olduğunda, sağlık ve güvenlik her şeyden önemlidir.