Уникальная научная установка «Лазерный нагрев в ячейках высокого давления»

Уникальная научная установка
«Лазерный нагрев в ячейках высокого давления»

Анкета для размещения заявки для проведения научных исследований на УНУ






Подтверждаю, что высылаемые материалы не содержат сведений, подлежащих защите от разглашения. Даю свое согласие на обработку моих персональных данных (включая их получение от меня и/или от любых третьих лиц) ЦКП НТЦ УП РАН. Согласие дается в соответствие с требованиями Федерального закона от 27.07.2006 № 152-ФЗ «О персональных данных».

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