Уникальная научная установка
«Лазерный нагрев в ячейках высокого давления»

Руководитель УНУ: с.н.с. Кутуза Игорь Борисович

Официальный сайт УНУ: http://unu.ntcup.ru/

Год создания: 2017

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

• синтез новых и сверхтвердых материалов;
• исследование термодинамических параметров минералов при высоких давлениях и температуре;
• исследование поведения твердых тел в экстремальных условиях;
• исследование фазовых превращений при высоких давлениях и температурах.

Уникальность научной установки

Лазерный нагрев в ячейках высокого давления обеспечивает получение таких давлений (< 100 ГПа) и температур (< 6000 К), которые встречаются в недрах Земли, и часто используется для минералогических исследований, а также для изучения фазовых переходов и поиска методов синтеза новых сверхтвердых материалов. Для исследования образцов, находящихся при высоких статических давлениях, используются ячейки с алмазными наковальнями (diamond anvil cell, DAC). Разработанные еще в конце 1950-х, DAC представляют собой уникальное экспериментальное оборудование для исследований вещества при высоких давлениях. В НТЦ УП РАН был разработан новый метод и создана установка для измерения пространственного распределения температуры на поверхности образцов, находящихся при высоких давлениях (вплоть до 100 ГПа), нагретых лазером высокой мощности (100Ватт). Основным новшеством разработанного метода и установки является использование двойного акусто-оптического фильтра (TAOTF), состоящего из двух сопряженных AO кристаллов, соединенных с оптической камерой высокого разрешения. TAOTF фильтры позволяют получать изображение объекта на произвольной задаваемой длине волны λ в диапазоне 650-1000 nm с достаточно высоким спектральным (1,5 nm при λ = 780 nm) и пространственным (500×500 элементов) разрешением. Двойной акустооптический фильтр, сопряженный с видеокамерой был собран как отдельный прибор. Поскольку такой прибор был создан впервые, прибору было присвоено название двойной акусто-оптический видеоспектрометр (iTAOTF). Контраст изображения каждой точки спектрального изображения пропорционален интенсивности излучения соответствующей точки нагретого тела. Набор спектральных изображений, полученных в диапазоне 650-1000 nm, позволяет измерить зависимость интенсивности излучения каждой точки нагретого объекта от длины электромагнитной волны. Распределение температуры и излучательной способности поверхности нагретого тела получается путем подгонки экспериментальной зависимости интенсивности излучения в каждой точке нагретого объекта от длины волны распределения Планка с использованием метода наименьших квадратов. Экспериментально показана эффективность прибора для измерения пространственного распределения температуры по поверхности вольфрамовой пластины при лазерном нагреве. Эксперименты с вольфрамовой поверхностью подтвердили предположение о возможности измерения излучательной способности нагретых тел с использованием iTAOTF. Предлагаемый метод измерения распределения температуры путем визуализации нагреваемого образца на нескольких длинах волн уникален и не применялся до настоящего времени. Установка лазерного нагрева в ячейках высокого давления является единственно работающей системой подобного типа в Российской Федерации. Система для измерения распределения температуры при высоких давлениях с использованием акустооптического фильтра не имеет мировых аналогов. Уникальные возможности установки лазерного нагрева в ячейках высокого давления с измерением распределения температуры будут существенно расширены в результате проводимой в настоящее время модернизации оптической системы, а также модернизации дифракционного спектрометра и другого технологического и диагностического оборудования. Основной целью модернизации является повышение основных инженерных параметров – давления в образцах и температуры нагрева в два раза, что существенно повлияет на физические параметры нагретых образцов и расширит тематику проводимых исследований. В случае успешного осуществления модернизации следует ожидать сохранения уникальности на период в пять лет. Результат исследования, предлагаемого в рамках данного проекта, имеет фундаментальное значение для геофизической науки и материаловедения. Для геофизической науки прямые измерения скорости сдвиговых и продольных волн в железе, и железно-никелевом сплаве in-situ при условиях, соответствующих внутренности Земли, важны для интерпретации наблюдаемых сейсмических аномалий и понимания физических свойств минералов в том или ином регионе. Предлагаемый авторами проекта подход позволит смоделировать поведение и состав богатого железом ядра Земли, которые имеют прямое отношение к структуре и динамике Земной коры.

Документы

• Приказ о создании УНУ
• ПОЛОЖЕНИЕ об УНУ
• РЕГЛАМЕНТ доступа к научному оборудованию и предоставления услуг УНУ
• Форма заявки на выполнение работ и оказание услуг для проведения научных исследований, а также осуществления экспериментальных разработок
• Порядок расчета цены договора на типовые и нетиповые услуги
• Проект договора на выполнение работ и оказания услуг для проведения научных исследований, а также осуществления экспериментальных разработок