ونحن نعترف بامتنان بتمويل من مركز بحوث الكربونات وتخزين الكربون قطر (QCCSRC) بتمويل مشترك من قبل قطر للبترول وشركة شل وقطر للعلوم والتكنولوجيا بارك. علينا أيضا أن نعترف التمويل من كلية امبريال في اتحاد المسام النطاق نمذجة.

1. التصوير تصميم استراتيجية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من أجل التنبؤ بأداء التصوير من الخيارات المذاب مختلفة لمحلول ملحي، وحساب الطيف بالأشعة السينية للحادث الأشعة السينية 29-31. تشمل تأثير النواة حامل، والتجمع الأساسية والسوائل حصر على طيف الأشعة السينية. ويرد مثال الحادث طيف الأشعة السينية باستخدام الجهد تسارع من 80 كيلو فولت والإلكترون تيار 87 أمبير في الشكل 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قارن هذا الطيف للعوامل انتقال من العينة التي تحتوي على مختلف مسام السوائل. محاكاة تغييرات في معامل انتقال بسبب التغيرات في مسام السائل باستخدام قانون بير لامبرت، على افتراض طول فعال البصري للالأنواع داخل العينة، وحساب معاملات توهين الأشعة السينية (الشكل 3) 32. تحديد عامل نقل العام من خلال دمج على كل حادث طاقات الأشعة السينية. مثال على الناتج العوامل انتقال فعالة لماتري الصخورx و المواد مسام الفضاء، والتغيرات في عوامل انتقال النسبية لهذه القضية عندما يملأ المسام الفضاء مع فراغ يمكن أن ينظر في الجدول 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختيار المذاب محلول ملحي والتركيز على ان يكون التغيير في عامل انتقال المرتبطة محلول ملحي ما يقرب من نصف التغير في العوامل انتقال المرتبطة الصلبة. وهذا تعظيم ثلاثة النقيض من المرحلة في الصورة أعيد بناؤها. تزن من أصل المبلغ المطلوب من الملح (7٪ (وزن / وزن) KI كانت تستخدم للتجربة التي اتخذت نتائج تمثيلية) وتخلط بقوة مع الماء منزوع الأيونات. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدلا من ذلك، إذا كان المطلوب تكوين محلول ملحي معين، تغيير الأشعة السينية تسارع مصدر الجهد لتغيير الطيف للحادث الأشعة السينية. </li></ol></li></ol> 2. جمعية المعدات وخلية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجميع المعدات كما هو مبين أدناه في الشكل 2. خطوط التدفق استخدام نظرة خاطفة للحد الجانبي تحميل العينة على الخلية التدفق.اختبار كل اتصال بعناية لأي تسرب السوائل. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع محلول ملحي، من قرر تكوين خلال الخطوات 1،1-1،3، في قاعدة المفاعل. التفاف سخان مرونة حول الخلية التدفق. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء التجهيزات نهاية المعدنية. ازالة الموضوع من &quot;نهاية 1/16&quot; 1/8 إلى 1/8 &quot;المخفض المناسب. ثم قص الأخاديد الصغيرة في مواجهة &quot;نهاية 1/8 من المناسب لتوزيع CO حقن 2 على كامل الوجه من جوهر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمرير الحرارية الضغط العالي من خلال الأجزاء نهاية المعدنية للخلية تدفق الصغرى وختم باستخدام ¼ &quot;الحلقات والجوز، وبالتالي فإن تقاطع الساخن للالحرارية يجلس المجاور لمواجهة مدخل جوهر، داخل الحلقة الضيقة للخلية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفر العينة المطلوب في نواة 6.5 ملم وقطرها 30 ملم إلى 50 ملم في الطول. تطحن نهايات شقة الأساسية، لضمان وجود اتصال جيد مع القطع نهاية المعدنية. التفاف هذه النواة في رقائق الألومنيوم ثم ضع داخلهاغ flouro البوليمر المطاط الصناعي كم. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط نهايات الأكمام المطاط الصناعي إلى نهاية التجهيزات المعدنية. إضافة التفاف آخر من رقائق الألومنيوم إلى السطح الخارجي للغلاف المطاط الصناعي قبل وضع تقاطع الساخن للالحرارية بجوار بالطوق حصر للخلية وإضافة التفاف النهائي من رقائق الألومنيوم. يشكل هذا التجمع الأساسية (الشكل 4). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجميع الخلية تدفق الجزئي مع التجمع الأساسية مختومة داخلها وربط الخلية إلى مرحلة داخل العلبة الصغيرة CT (الشكل 5) باستخدام المشبك شنت على رأس المرحلة CT التناوب. </li></ol> 3. نظام الضغط <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إغلاق كافة الصمامات بصرف النظر عن صمام 1 و 2 و 3، على النحو المحدد في الشكل (3). تحميل CO 2 من الاسطوانة إلى مضخة 1 و المفاعل، ثم صمام الوثيق 1. رفع ببطء درجة الحرارة والضغط داخل المفاعل لأن المطلوب لل مسام السوائل أثناء التجربة. </li><lط&gt; بقوة مزيج المفاعل لمدة 12 ساعة على الأقل لضمان جميع مراحل هي في التوازن الكيميائي قبل الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح صمام 14 وتحميل السائل حصر في مضخة 3. صمام اغلاق 14. توسيع الصمامات 12 و 13. الضغط على الحلقة الضيقة للالخلية إلى أعلى لا يقل عن 10٪ من الضغط المسام السوائل المقترحة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح صمام 11. تحميل محلول ملحي في مضخة 2. اغلاق صمام 11 و الصمامات مفتوحة 9 و 8 و 6. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الضغط ببطء المسام الفضاء الصخرة حتى أنها في الضغط المطلوب مسام السائل، وملء المسام الفضاء من العينة مع محلول ملحي التي لم يتم معايرتها مع scCO 2. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح صمام 4. تدفق أكثر من 1،000 حجم المسام من محلول ملحي معايرتها من خلال الأساسية قبل إعادة تعبئتها مضخة 2 بمعدل تدفق مستمر. تم العثور على حجم المسام بضرب حجم الأساسية من قبل المسامية العثور على استخدام الهيليوم porosimetry. ملاحظة: هذا تهجير miscibly للمعايرتها الامم المتحدة محلول ملحي، وضمان 100٪ تشبع محلول ملحي الأولي وبجمعية العقاراتشروط تينغ في قلب أقرب إلى الظروف الموجودة تحت سطح الأرض في طبقة المياه الجوفية عند نقطة متقدما قليلا من أمام scCO 2 عمود. </li></ol> 4. السائل التدفق، والحصول على الصور <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمر عبر 10 مجلدات المسام (حوالي 1 مل) من scCO من 2 إلى جوهر في معدلات تدفق منخفضة جدا (1.67 × 10 -9 م 3 / ثانية)، وضمان عدد الشعرية منخفضة حوالي 10 -6. باستمرار اتخاذ التوقعات 2D من أجل قياس دقيق لإجمالي كمية حقن من خلال مراقبة هذه النقطة عندما scCO 2 يزيح الماء المالح في الفضاء المسام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تمر عبر 10 مجلدات المسام (حوالي 1 مل) من محلول ملحي معايرتها من خلال جوهر في نفس معدل تدفق منخفض، مما تسبب في scCO 2 لتصبح المحاصرين كمرحلة المتبقية في مسام الفضاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد الخطوات 4.1 أو 4.2، واتخاذ مسح العينة لتصريف صورة أو تشرب على التوالي. استخدام حجم فوكسل بحيث القطر كله من جوهر يناسب ضمن مجال VIEث. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة المسح باستخدام برنامج إعادة الإعمار تصوير الشعاعي الطبقي. لمسح كامل طول الأساسية مع الإبقاء على حجم فوكسل الصغيرة، وإعادة بناء وحدات التخزين المركبة من خلال ترقيع أقسام متداخلة متعددة، حصلت بالتتابع. ملاحظة: كل قسم يلزم نحو 400 التوقعات، مع الأخذ 15-20 دقيقة للحصول على، وبالتالي فإن المسح وحدة تخزين مركب كامل استغرق حوالي 90 دقيقة. </li></ol> 5. معالجة الصور والإنقسام <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق حافة الوسائل غير الحكومية المحلية الحفاظ على مرشح 33،34 إلى مجموعة البيانات وتصحيح الصور عن أي تصلب شعاع أو تليين القطع الأثرية التي تم إنشاؤها خلال إعادة الإعمار الصورة عن طريق النمذجة هذه التحف وظائف جاوس كما متماثل شعاعيا 35. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شريحة البيانات (تتحول المعلومات اللون الرمادي إلى تمثيل ثنائي من CO 2 في الصورة) عن طريق استخدام خوارزمية مستجمعات المياه مع البذور الناتجة باستخدام الرسم البياني 2D 36، علاج CO <sub&gt; (2)، مرحلة واحدة والماء المالح والصخور معا في مرحلة أخرى. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل هذه الصورة مجزأة للعثور على كل من العدد الكلي للCO 2 voxels وأيضا أحجام كل مجموعة مرتبطة من CO 2 المتبقية. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

الخطوات الأكثر أهمية للتصوير ناجحة من السوائل المتعددة المراحل عند ضغوط مرتفعة وتكون درجات الحرارة: 1) إن العزلة الناجحة من السائل المسام من السائل حصر المحيطة بها؛ 2) موازنة فعالة من السوائل والصخور قبل الحقن. 3) التحكم في درجة الحرارة الفعالة في كافة مراحل التجربة. و4) تجزئة فعالة من الصور الناتجة. استخدام يلف الألومنيوم أمر بالغ الأهمية لعزل الناجحة للمسام السائل من السوائل حصر المحيطة كما هو الحال في غياب الصرف ناشر عبر كم هو سريع، ولا يبقى التشبع داخل نواة المستمر لمدة الفحص. يمكن أيضا أن تكون هذه المشكلة واضحا عندما يبقى السائل في خطوط التدفق نظرة خاطفة لفترات طويلة من الزمن (&gt; 2 ساعة) قبل الحقن في صلب في الخطوة 4.1 و 4.2. ومرة أخرى، CO 2 تبادل diffusively عبر البلاستيك، مما تسبب في محلول ملحي لعدم التشبع. إذا كان هذا دييتم حقن محلول ملحي المشبعة في صلب، فإن التشبع في قلب تنخفض تذوب الكتل المتبقية من محلول ملحي حقن. طرق أخرى للموازنة من السوائل والصخور، بما في ذلك إعادة تدوير السوائل 50، وقد اقترحت في الأدب. هذه الأساليب تزيد من تعقيد الإعداد التجريبية، والتي بدورها ستؤدي إلى زيادة مقدار الوقت لكل تجربة، الأمر الذي سيكون له بدوره زاد من احتمال أن محلول ملحي في خطوط تدفق قد مشبع diffusively. التحكم في درجة الحرارة الفعالة أمر ضروري، وجود الحرارية داخل الحلقة الضيقة للخلية تدفق أمر بالغ الأهمية لهذا الغرض. يتم قياس درجة الحرارة فقط في نقطة واحدة، وهذا يعني قد تكون هناك بعض التدرج عبر العينة، مما يؤدي إلى اختلال التوازن الذوبان والانحلال أو exsolution. هذا يمكن التقليل من خلال تحديد موقع تقاطع الساخن للالحرارية في أقرب وقت ممكن إلى tكان مدخل وجه جوهر الصخور. تجزئة فعالة من الصور الناتجة يمكن أن يكون تحديا حقيقيا مع هذه الأنظمة، حيث أن تجزئة من الصور التي تحتوي على التشبع الجزئي للسوائل متعددة بشكل ملحوظ أكثر تحديا أن تقسيم الصور الجافة، وبالتالي فإن استخدام العتبة عالمية بسيطة على نطاق والرمادي هي غير كافية 51. استخدام تجزئة مستجمعات المياه لا يعطي سوى نتائج أكثر موثوق، مقارنة مع خوارزميات أخرى في الأدب، وإنما هو أيضا الأكثر فعالية في التعامل مع عصابة وحجم الجزئي القطع الأثرية 35. واحدة من أهم القيود لهذا الأسلوب هو أنه يمكن فقط الوصول إلى الفضاء المسام ماكرو من صخرة. وmicroporosity (على نطاقات أصغر من دقة وضوح الصورة) لا تزال لا يمكن الوصول إليها، ويمكن أن تكون هامة لتدفق متعدد المراحل. دقة أعلى تكشف عن وجود نسبة أكبر من هذه الأجزاء من مساحة المسام، ولكن تتوافق أيضا إلى انخفاض في عشرالمجال (ه) من الرأي. انطباق هذه التقنية إلى نوع الصخور محددة يمكن معالجتها من خلال مقارنة قرار الفحص لتوزيع حجم المسام الحلق تم الحصول عليها باستخدام أسلوب مستقل مثل حقن الزئبق ضغط الشعرية. هذا الأسلوب هو الأسلوب الرئيسي لتصوير المسام النطاق من السوائل متعددة في الظروف خزان في أنظمة واقعية، مع التطبيقات الموجودة بما في ذلك دراسة مقارنة عبر من الشعرية محاصرة 24 وقياس زاوية الاتصال 26، والطريقة تنطبق بسهولة إلى مجموعة كبيرة من الأنظمة التي يسهل اختراقها. عمل في المستقبل يمكن أن يدرس، في نطاق المسام، ومجموعة متنوعة واسعة من مرحلة واحدة وتدفق متعدد المراحل في مشاكل وسائل الإعلام التي يسهل اختراقها في الظروف ممثل طبقات المياه الجوفية تحت سطح الأرض، وحقول النفط والغاز وأنظمة الجيولوجية العميقة الأخرى.

احتجاز الكربون وتخزينه هو عملية حيث يتم التقاط CO 2 من مصادر نقطة كبيرة وتخزينها في الصخور المسامية، وتشريد المحاليل الملحية المقيمين بحيث يظل في باطن الأرض لمئات إلى آلاف السنين 1. وCO 2 يقيم في باطن الأرض كمرحلة فائقة الحرجة كثيفة (scCO 2)، مع خصائص مختلفة جذريا إلى CO 2 في الظروف المحيطة. هناك أربع آليات الرئيسية التي scCO 2 قد ثبتوا في باطن الأرض: الطبقي، والذوبان والمعادن ومحاصرة المتبقية. محاصرة الطبقي حيث يتم عقد CO 2 تحت الصخور ختم كتيمة. الذوبان محاصرة هو المكان الذي يذوب CO 2 في محلول ملحي المقيمين المحيطة CO حقن 02-04 فبراير. محاصرة المعدنية حيث يتم عجلت مراحل المعدنية الكربونات في الصخر 5؛ ومحاصرة المتبقي أو الشعرية حيث يتم عقد CO 2 من قبل قوات السطحيةقطرات صغيرة باسم (العقد) في مسام مساحة من الصخر 6. يمكن أن يحدث هذا إما بشكل طبيعي، من خلال هجرة CO 2 عمود 7-9، أو يمكن الناجمة عن حقن المحاليل الملحية مطاردة 10. من أجل فهم العمليات التي تحكم تدفق ومحاصرة هذا CO 2 في باطن الأرض يجب إجراء مجموعة جديدة من التجارب، وتسخير التطورات الجديدة في مجال التكنولوجيا لفهم أفضل للالفيزياء الأساسية المرتبطة تدفق متعدد المراحل. وقد وضعت مجهري الأشعة السينية كتقنية على مدى السنوات ال 25 الماضية من المحاولات المبكرة لتصور كل من العينات الجيولوجية الجافة 11 ومراحل متعددة السوائل 12 إلى الوسيلة الرئيسية للتصوير غير الغازية من النوى الصخور، سواء لأغراض النمذجة والتجريبية تنفيذ 13-15. لأن مجهري هو غير الغازية، فمن لديه القدرة على دراسة النظم في الظروف التمثيلية، وهو لا سيما جاذبيهه لنظام -brine الصخور CO 2، وسلوك تدفق متعدد المراحل من 2 scCO يعتمد اعتمادا كبيرا على خصائص الحرارية الفيزيائية، مثل التوتر السطحي وزاوية الاتصال، والتي هي بدورها وظيفة قوية من شروط النظام مثل درجة الحرارة، الضغط وملوحة 16-18. في مثل هذا النظام المعقد، مع مثل مجموعة واسعة وغير مفهومة من المتغيرات المترابطة، والتجارب باستخدام الهياكل المسام المثالية 19 أو سوائل التناظرية 20،21 قد لا تكون قابلة للتطبيق لتدفق العمليات في باطن الأرض. التصوير سوائل متعددة في الظروف ممثل المحتملين تشكيل حقن CO 2 ومع ذلك، فقد لا تزال تمثل تحديا 22. في هذه الدراسة فإننا الخطوط العريضة لمنهجية لدراسة السلوك متعددة السائل في خزان الظروف، مع التركيز على دراسة الشعرية محاصرة 23،24. وسوف يشمل ذلك تصميم استراتيجية والتصوير، وتجميع الخلية السوائل، وحقن الحاديrategy ومعالجة الصور لاحق. امتحان تجريبي من المسام على نطاق السلوك تدفق متعدد المراحل في أنظمة الصخور الحقيقية يركز على التصوير من النوى الصخور المشبعة جزئيا بعد كل من غير التبول حقن المرحلة (الصرف) وترطيب حقن المرحلة (تشرب). يتم حقن هذه السوائل من خلال ربط النوى لمضخات حقن السوائل باستخدام خطوط تدفق مرنة، في حين حصر الأساسية باستخدام هاسلر من نوع التصميم coreholder 25. لبنجاح صورة كانت تستخدم الترتيب في الموقع من scCO 2 و محلول ملحي، رواية والإعداد التجريبية حساسة للغاية، مع التركيز في المقام الأول على استخدام دقة عالية للأشعة السينية المجهر 23،24،26. متطلبات لإجراء التجارب في درجات حرارة مرتفعة والضغوط صارمة للغاية، وتتطلب التطورات الأخيرة في كل من تكنولوجيا المواد والمتناهية الصغر CT المرافق. المتطلبات الرئيسية التي يجب الوفاء بها هي أن أي حامل الأساسية / عينة يجب أن يكون أساسهالو لتحمل الضغط العالي وارتفاع درجة الحرارة (HPHT) الظروف في حين تبقى بما فيه الكفاية الأشعة السينية شفافة للسماح للتصوير الفعال. الأدوات القائمة على مختبر تفرض قيدا إضافيا، حيث أن صاحب الأساسية يجب أن تكون صغيرة بما فيه الكفاية بحيث مصدر الأشعة السينية يمكن وضعها بالقرب من العينة، ويمكن تحقيق ذلك كبيرة بما فيه الكفاية الهندسي التكبير الأشعة السينية من هذا القبيل أن مساحة المسام هو حل فعال. وعلى الرغم من هذا القيد قد خففت إلى حد ما مع إدخال البصريات الثانوية في أحدث القائم على مختبر الآلات الدقيقة CT، أنه لم يتم ازالتها بالكامل، وخاصة إذا رغبت في الأوقات الاستحواذ السريع، وتميل تكبير بصري أعلى لزيادة الوقت اللازم لاكتساب الصور. تجارب مع سوائل قابلة للذوبان توفر تحديا إضافيا عند استخدام الأوقات اكتساب طويلة، كما CO 2 سوف ينتشر من خلال الأجزاء البوليمرية الجمعية التجريبي، والحد من السوائل التشبع في الموقع. Aليرة لبنانية هذه القضايا يعني أن أوقات مسح أطول من حوالي 2 ساعة كانت غير عملية. من اجل الحفاظ على الأوقات المسح الضوئي دون هذا الشرط، ولا سيما بالنسبة للصرامة والمصادر البرية المختبر، يجب أن يكون صاحب الأساسية حوالي 1 سم في القطر. ومن شأن حجم coreholder أكبر قد يتطلب كاشف ليكون أبعد من ذلك بكثير من المصدر إلى تحقيق نفس التكبير الهندسي، والحد من وقوع الحادث تدفق الأشعة السينية على كشف وبالتالي زيادة التعرض مرات العرض المطلوب. واستند خلية تدفق المستخدمة في هذه التجارب على تصميم خلية هاسلر التقليدية، التي تتمحور حول كم من ألياف الكربون، مع تصميم الأكمام مماثلة لتلك المستخدمة من قبل Iglauer وآخرون 27، ولكن مع اثنين من التعديلات الهامة: 1) والألياف الكربونية يستخدم في صناعة كم تم تغيير من الألياف T700، مع صلابة من 230 برنامج العمل العالمي، لألياف M55، مع صلابة من 550 برنامج العمل العالمي. هذا ليس فقط خفض كمية الحركة عينة خلال الاستحواذ التصوير المقطعي، ولكن أيضا زيادة الحد الأقصى التعليم الجامعيrking ضغط الخلية من 20 ميجا باسكال إلى 50 ميجا باسكال. 2) تم ممدود الكم من 212 مم إلى 262 مم للسماح المصدر وكاشف لتكون أقرب إلى عينة وقت ممكن. وكان من العيب التجريبي الرئيسي في الدراسة الأولى لاستخدام الصغرى-CT لفحص CO 2 في الظروف خزان استخدام خطوط معدنية للسيطرة على تدفق من وإلى جوهر صاحب 27. كما يتم تدوير العينة بالنسبة إلى مضخات، تحتاج خطوط تدفق أيضا إلى أن تكون استدارة. يمكن أن يسبب تصلب خطوط تدفق العينة للتحرك، وخفض دقة الصورة فعالة أو جعل بعض أو كل مجموعة بيانات غير صالحة للاستعمال. لمنع هذا استبدلنا جميع خطوط تدفق قريبة من مرحلة التناوب مع مرونة الأثير البولي كيتون (نظرة خاطفة) أنابيب. وكانت هذه خطوط تدفق مرنة، وتوفير القوى الجانبية الصغيرة جدا (تحميل) لصاحب الأساسية خلال الاستحواذ. علينا أيضا أن تعلق خطوط التدفق إلى صمامات تعلق على مرحلة العينة، بدلا من ربط خطوط التدفق إلى coreholder. وهذا يعني أن أي حمولة خط تدفق الحالية وأحيلت مباشرة إلى المسرح، بدلا من العينة، مما يقلل من احتمال عينة الحركة. وكان من العيب الرئيسي من استخدام أنابيب نظرة خاطفة أن CO 2 كان قادرا على نزع فتيل ببطء من خلال ذلك، على مدى زمني حوالي 24 ساعة. وهذا يعني أن CO 2 محلول ملحي المشبعة اليسار في خطوط تدفق سيكون التشبع تدريجيا. كان آخر القصور التجريبية كبير من الدراسات السابقة الخاصة بمكافحة غير دقيقة لدرجة الحرارة. وهذا يمكن أن تؤثر على نتائج في عدد من الطرق. أولا، ودرجة الحرارة هي سيطرة قوية على كل من التوتر والاتصال بينية زاوية 16-18. وعلاوة على ذلك، والذوبان في كل من scCO 2 وكربونات صخرة في الماء المالح هو أيضا درجة عالية من درجات الحرارة تعتمد 28. السيطرة الذوبان أمر بالغ الأهمية، كما هو الحال عندما scCO 2 يتم ضخها في طبقة مياه جوفية مالحة كربونات وسوف تذوب في الماء المالح المقيم، وتشكيل حمض الكربونيك شديدة التفاعل، والتي سوف في توRN البدء في حل أي الكالسيت الحاضر. وبالتالي يمكن لأي عدم دقة في السيطرة الذوبان تؤدي إلى scCO 2 انحلال / exsolution أو صلبة حل / هطول الأمطار. استخدمت الدراسات السابقة 27 السائل حصر ساخنة لتسخين coreholder. ولكن هذا كان مشكلة. لديها عيوب المرتبطة صعوبة الحفاظ بدقة ضغط حصر المستمر باستخدام إمدادات المياه إعادة تدوير، الأمر الذي يتطلب حمامات التدفئة إضافية لهذا العرض. وعلاوة على ذلك، فإن هذا النظام يحافظ فقط على مراقبة دقيقة لدرجة الحرارة عند نقطة الحمام التدفئة (وليس في نقطة من حامل الأساسية، كما أن السائل حصر باردة بين حمام الماء وحامل الأساسية). ويتطلب ذلك أيضا كل من مدخل ومخرج منفذ لحصر السوائل، وزيادة عدد خطوط السوائل التي تعلق على coreholder وذلك زيادة الحمل خط التدفق. بدلا من استخدام السائل حصر ساخنة، والساخنة وال مرونةتم استخدام نانوغرام سترة لتطويق حامل الأساسية. أدت هذه الطريقة تسخين بسيط جدا في القليل جدا من الحمل coreholder، وسمح للتدفئة دقيقة ودقيقة. وقد استخدم فيلم التدفئة بوليميد رقيقة للغاية، من أجل تقليل حجم العينة. بناء هذا الفيلم يتكون من النحاس المحفور عنصر احباط 0.0127 مم، مغلفة بين طبقتين من 0.0508 ملم فيلم بوليميد. وقال إن عناصر النحاس الموجودة في سترة لن يؤثر بشكل ملحوظ على جودة الصورة. تم قياس درجة الحرارة باستخدام الحرارية يجلس في الحلقة الضيقة للخلية. تم وضعه على الجزء الخارجي من الغلاف حصر، في أقرب وقت ممكن حتى النخاع، وضمان قراءة دقيقة وموثوقة ومستقرة لدرجة الحرارة المسام السوائل. تم ربط الفيلم الحرارية والتدفئة إلى وحدة تحكم عرف بني مشتقات متكاملة النسبي (PID)، وكانت تسيطر عليها درجات الحرارة داخل ± 1 ° C. للحفاظ على كامل السيطرة اوفإيه بين مرحلة الذوبان، وتمثل الأوضاع الحالية في طبقة المياه الجوفية بعيدا عن موقع الحقن، قبل الحقن والمتوازنة في محلول ملحي مع scCO 2 عن طريق خلط بقوة السوائل اثنين معا مع الجسيمات الصغيرة (1-2 ملم) من الصخور المضيفة في مفاعل أثار وساخنة. يتم تصنيع جميع مكونات المبللة داخل هذا المفاعل من إضافة إلى السبائك للحد من التآكل. يحتوي على مفاعل أنبوب تراجع تصفيتها للسماح للسوائل أكثر كثافة ليكون استخراجه من قاعدة المفاعل (الماء المالح) وسائل أقل كثافة ليكون استخراجه من أعلى المفاعل (scCO 2). واستخدمت مضخات الحقن ذات الضغط العالي للحفاظ على الضغط والتحكم في التدفق في مسام الفضاء من الصخور وفي المفاعل، مع دقة تشريد 25.4 NL. يظهر جهاز تجريبي المستخدمة في هذه الدراسة في الشكل 1. والملح الأيونية المستخدمة في التجربة التي كانت ترسم نتائج ممثلة كان يوديد البوتاسيوم (KI)، كما أن لديها الوزن الذري عالية وذلك لارتفاع الأشعة السينية معامل التوهين، مما يجعله عامل تباين فعالة. الأملاح أقل المخففة (مثل كلوريد الصوديوم) أو مخاليط يمكن استخدامها، ستكون هناك حاجة الملوحة لكن اكبر لتحقيق نفس الأشعة السينية التوهين.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="608">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:107px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">High Pressure Syringe Pump</td>
			<td style="width:107px;">Teledyne ISCO</td>
			<td style="width:119px;">1000D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Parr Reactor</td>
			<td style="width:107px;">Parr Instrument Company</td>
			<td style="width:119px;">4547A - hastelloy</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PEEK Tubing</td>
			<td style="width:107px;">Kinesis</td>
			<td style="width:119px;">1560xL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Potassium Iodide Salt</td>
			<td style="width:107px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">30315-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Carbon Dioxide</td>
			<td style="width:107px;">BOC</td>
			<td style="width:119px;">CO2 - size E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Thermocouple</td>
			<td style="width:107px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">KMTSS-IM300U-150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Kapton Flexible Heater</td>
			<td style="width:107px;">Omega Engineering</td>
			<td style="width:119px;">KH-112/10-P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">X-Ray Microscope</td>
			<td style="width:107px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;">Versa XRM 500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Snoop Leak Detector</td>
			<td style="width:107px;">Swagelok</td>
			<td style="width:119px;">MS-SNOOP-8OZ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Flouro-Elastomer Polymer (Viton) Sleeve</td>
			<td style="width:107px;">Fisher Scientific</td>
			<td align="right" style="width:119px;">11572583</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Micro-CT Coreholder</td>
			<td style="width:107px;">Airborne Composites</td>
			<td style="width:119px;">262mm Coreholder</td>
			<td>Constructed in conjunction with Imperial College</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Tomographic program</td>
			<td style="width:107px;">Zeiss</td>
			<td style="width:119px;">XM-Reconstructor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ImageJ - image processing</td>
			<td style="width:107px;">NIH</td>
			<td style="width:119px;">ImageJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Matlab</td>
			<td style="width:107px;">Mathworks</td>
			<td style="width:119px;">Matlab</td>
			<td>Used for regression analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Avizo</td>
			<td style="width:107px;">FEI</td>
			<td style="width:119px;">Avizo</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reservoir condition pore-scale imaging of multiple fluid phases using x-ray microtomography

تم استخدام مجهري الأشعة السينية إلى صورة، بدرجة وضوح 6.6 ميكرون، وترتيب المسام النطاق للالمتبقي العقد ثاني أكسيد الكربون في مسام الفضاء صخرة كربونات في الضغوط ودرجات الحرارة ممثل التشكيلات المعتادة المستخدمة في CO 2 التخزين. واستمر التوازن الكيميائي بين CO 2، محلول ملحي والصخور مراحل باستخدام الضغط العالي مفاعل ارتفاع في درجة الحرارة، والتي تحاكي الظروف بعيدا عن موقع الحقن. وتمت السيطرة تدفق السوائل باستخدام الضغط العالي وارتفاع درجة الحرارة مضخات الحقنة. للحفاظ على ممثل في الموقع الأوضاع داخل الماسح الضوئي الصغير-CT تم ​​استخدام ألياف الكربون وارتفاع ضغط الجزئي-CT coreholder. تم منع ناشر الصرف CO 2 عبر حصر كم من مسام الفضاء الصخرة إلى السائل حصر المحيطة جوهر مع التفاف الثلاثي من رقائق الألومنيوم. كان على غرار إعادة بنائها على النقيض من محلول ملحي باستخدام مصدر الأشعة السينية متعدد الألوان، وتكوين محلول ملحي ثكما اختير لتحقيق أقصى قدر من التباين ثلاث مراحل بين اثنين من السوائل والصخور. واستخدمت خطوط تدفق مرنة لخفض القوات على عينة خلال الحصول على الصور، يحتمل أن تسبب غير المرغوب فيها الحركة العينة، أحد أوجه القصور الرئيسية في التقنيات السابقة. تم استخدام الحرارية الداخلية، وضعت بالقرب مباشرة إلى جوهر الصخور، إلى جانب مرونة التفاف التدفئة خارجي وحدة تحكم PID للحفاظ على درجة حرارة ثابتة داخل الخلية التدفق. حوصر كميات كبيرة من CO 2، مع التشبع المتبقية من 0.203 ± 0.013، وأحجام العقد حجم أكبر طاعة توزيعات قانون السلطة، بما يتفق مع نظرية الترشيح.

وقد تم تحليل النتائج لكربونات واحدة، Ketton الحجر الجيري، وهو الأوليت صخر كلسي من العلوي لينكولنشاير الحجر الجيري الأعضاء في 3D من أجل تحديد وقياس حجم كل عقدة فريدة منقطعة، والتي وصفت بعد ذلك (الشكل 6). وقد أجريت جميع المعالجة في إطار Avizo الحريق 8.0 و يماغيج برامج 37. وقد تم تحليل الصور مجزأة المشبعة جزئيا عن طريق حساب عدد من voxels من المحاصرين بالتبعية scCO 2 للعثور على نسبة من حجم الصخور التي تحتلها المحاصرين scCO 2 - القدرة الشعرية محاصرة. ويمكن بعد ذلك تحويل هذا إلى تشبع المتبقية (S ص) عن طريق قسمة هذه القيمة من قبل المسامية كما تم الحصول عليها باستخدام الهيليوم porosimetry. حوصر نسب كبيرة من scCO 2 كما تشبع المتبقية، مع التشبع المتبقية من 0.203 ± 0.013. وهذا يتفق مع النتائج التي توصلت إليها الدراسات السابقة باستخدام الصغرى-CT 23. وأظهرت الدراسات على نطاق أكبر النواة من محاصرة المتبقية في هذا النوع الصخور تشبع المتبقية أقل من 0.137 ± 0.012 38. للتسرب للماء مملح فى الأساسية المشبعة scCO 2 هو عملية تشرب حيث سائل ترطيب (الماء المالح) يغزو كل المسام، وتشريد غير السائل ترطيب (scCO 2). في صخرة بشدة في الماء الرطب نتوقع من المياه لملء المناطق من مساحة المسام في الترتيب من حيث حجم 39،40، محاصرة العقد قطع في عملية تسمى الأداة الإضافية خارج. وينبغي أن تكون هذه العملية الترشيح مثل 41 حتى التنبؤات ويمكن إجراء حول توزيع حجم التجمعات المعزولة. عدد ن من مجموعات من حجم الصورة (تقاس في voxels) يجب تحجيم كما، حيث τ هو الأس فيشر 42. وقد أظهرت النمذجة شبكة في الشبكات العادية مكعب ثلاثية الأبعاد قيمة هذا الأس حوالي τ = 2.189 43. طريقة واحدة الطبيعية لاستخراج هذا الأس من البيانات الحقيقيةهو مؤامرة كمية اهمال، على النحو المحدد من قبل دياس ويلكنسون 41. <img alt="المعادلة 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq1.jpg" /> الذي يجب أن حجم على النحو التالي: <img alt="المعادلة 2" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52440/52440eq2.jpg" /> هذا ثم تآمر على قطعة سجل سجل-بوصفها وظيفة من ليالي (الشكل 7)، والتي تبين السلوك بقانون القوة لالعقد واسع، ولكن انخفاض تمثيل أصغر العقد مقارنة مع نموذج قانون السلطة. تم حساب الأس باستبعاد العقد أصغر من 10 5 voxels (حوالي بداية سلوك السلطة القانون) وأداء Levenberg-ماركوارت الانحدار 44،45 باستخدام الأقل المطلقة المتبقية قوية خوارزمية المناسب 46،47. تم تنفيذ ذلك باستخدام مجموعة من البرامج التجارية. كان الأس فيشر لهذا النظام 2.287 ± 0.009، CLبيئة نظام التشغيل إلى القيمة النظرية لل2.189، مشيرا إلى أن تشرب في هذا النظام هو في الواقع الترشيح مثل. أكثر عموما هذه النتائج تؤكد الاستنتاجات في جو من التجارب الأساسية للفيضانات 38،48،49 أن scCO 2 بمثابة مرحلة غير التبول في الكربونات. <img alt="الشكل (1)" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig1.jpg" /> الشكل 1. جهاز التجريبي، والتي تبين المضخات والصمامات ومفاعل يستخدم للسيطرة على تدفق وتنصيب coreholder داخل العلبة الصغيرة CT. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig2.jpg" /> الشكل 2. الطيف الطاقة تطبيع للأشعة السينية الحادث على جوهر، فاي<html> ltered من خلال coreholder، وحصر كم وحصر السوائل. محسوبة باستخدام SpekCALC 29-31. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig3.jpg" /> الشكل 3. معاملات توهين خطية من السوائل المختلفة والمواد الصخرية بوصفها وظيفة من طاقة الفوتون. <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig4.jpg" /> الشكل 4. تفاصيل الجمعية الأساسية، مما يدل على التفاف الألومنيوم الثلاثي في جميع أنحاء الأساسية، ومنع ناشر الصرف CO 2 في جميع أنحاء كم flouro-المطاط الصناعي. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> 0 / 52440fig5.jpg &quot;/&gt; الشكل 5. التفاصيل للخلية التدفق، جهاز التدفئة وتحديد مواقع التجمع الأساسية داخل الخلية التدفق. يجب وضع الحرارية في أقرب وقت ممكن لمواجهة مدخل من جوهر. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم .</a> <img alt="الشكل (6)" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig6.jpg" /> الرقم 6. صورة من كربونات بعد الصرف وتشرب. (A) تقديم و3D من جوهر بعد الصرف حيث يتم إعطاء كل مجموعة غير ترطيب مرحلة بلون مختلف. (BF) وتقديم 3D من جوهر بعد خمس تجارب تشرب، الملونة كما هو موضح ل(A). في طائفة واسعة من الألوان يشير إلى المرحلة المتبقية سيئة متصل. (G) والمقطع العرضي للصلب بعد الصرف. المرحلة أحلك هي scCO 2، مرحلة وسيطة هي محلول ملحي والمرحلة الأخف وزنا هي الحبوب الصخور. (H) قطاعا عريضا من جوهر بعد تشرب. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52440/52440fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 7" src="/files/ftp_upload/52440/52440fig7.jpg" /> الرقم 7. توزيع حجم العقد المتبقي هو مبين في الشكل (6). <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> تعبئة المواد المسامية </td><td> فراغ </td><td> CO 2 </td><td> H 2 O </td><td> H 2 O - 7٪ بالوزن كلوريد الصوديوم </td><td> H 2 O - 7٪ بالوزن KI </td><td> صلب (كربونات الكالسيوم 3) </td></tr><tr><td> عامل نقل </td><td> 0.25 </td><td> 0.247 </td><td> 0.243 </td><td> 0.242 </td><td> 0.224 </td><td> 0.202 </td></tr><tr><td> تغيير في عامل نقل نسبة إلى فراغ </td><td> N / A </td><td> -0.003 </td><td> -0.007 </td><td> -0.008 </td><td> -0.026 </td><td> -0.048 </td></tr></tbody></table> الجدول 1. ملخص النتائج (عامل نقل وتغيير في عامل نقل نسبة إلى شغل حالة فراغ) من محاكاة الأشعة السينية الخصائص البصرية للمواد الصخور والمسام الفضاء ملء تصويرها خلال هذه الدراسة. ويمثل كل عمود مواد مختلفة سد المسام الفضاء من الصخور داخل coreholder.

Watch this Scientific Journal Video about Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography at JoVE.com

Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

التصوير خزان الحالة المسام النطاق من مراحل متعددة باستخدام السوائل مجهري الأشعة السينية

X-ray microtomography was used to image, at a resolution of 6.6 &#181;m, the pore-scale arrangement of residual carbon dioxide ganglia in the pore-space ...

reservoir-condition-pore-scale-imaging-multiple-fluid-phases-using-x

Research

JoVE Journal

Engineering

12.4K Views.  Imperial College London. We present a methodology for the imaging of multiple fluid phases at reservoir conditions by the use of x-ray microtomography. We show some representative results of capillary trapping in a carbonate rock sample.

Video: Reservoir Condition Pore-scale Imaging of Multiple Fluid Phases Using X-ray Microtomography

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial resolution, and is even capable of providing atomically resolved elemental maps. In this technique, a highly focused electron beam is incident upon a thin sample and the energy of emitted X-rays is measured in order to determine the atomic species of material within the beam path. This elementally sensitive spectroscopy technique can be extended to three dimensional tomographic imaging by acquiring multiple spectrum images with the sample tilted along an axis perpendicular to the electron beam direction.
Elemental distributions within single nanoparticles are often important for determining their optical, catalytic and magnetic properties. Techniques such as X-ray tomography and slice and view energy dispersive X-ray mapping in the scanning electron microscope provide elementally sensitive three dimensional imaging but are typically limited to spatial resolutions of &gt; 20 nm. Atom probe tomography provides near atomic resolution but preparing nanoparticle samples for atom probe analysis is often challenging. Thus, elementally sensitive techniques applied within the scanning transmission electron microscope are uniquely placed to study elemental distributions within nanoparticles of dimensions 10-100 nm.
Here, energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy within the STEM is applied to investigate the distribution of elements in single AgAu nanoparticles. The surface segregation of both Ag and Au, at different nanoparticle compositions, has been observed.

The use of energy dispersive X-ray tomography in the scanning transmission electron microscope to characterize elemental distributions within single nanoparticles in three dimensions is described.

التصوير المقطعي الطاقة المتشتتة الأشعة السينية ل3D عنصري رسم الخرائط من الجسيمات النانوية الفردية

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

تحليل فشل بطاريات عن طريق استنادا السنكروترون-مجهري الصلب X-راي

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Measurement of X-ray Beam Coherence along Multiple Directions Using 2-D Checkerboard Phase Grating

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is reported. The measurements were demonstrated at the 1-BM bending magnet beamline of the Advanced Photon Source (APS) at Argonne National Laboratory (ANL). By using a 2-D checkerboard &#960;/2 phase-shift grating, transverse coherence lengths were obtained along the vertical and horizontal directions as well as along the 45&#176; and 135&#176; directions to the horizontal direction. Following the technical details specified in this paper, interferograms were measured at different positions downstream of the phase grating along the beam propagation direction. Visibility values of each interferogram were extracted from analyzing harmonic peaks in its Fourier Transformed image. Consequently, the coherence length along each direction can be extracted from the evolution of visibility as a function of the grating-to-detector distance. The simultaneous measurement of coherence lengths in four directions helped identify the elliptical shape of the coherence area of the Gaussian-shaped X-ray source. The reported technique for multiple-direction coherence characterization is important for selecting the appropriate sample size and orientation as well as for correcting the partial coherence effects in coherence scattering experiments. This technique can also be applied for assessing coherence preserving capabilities of X-ray optics.

The measurement protocol and data analysis procedure are given for obtaining transverse coherence of a synchrotron radiation X-ray source along four directions simultaneously using a single 2-D checkerboard phase grating. This simple technique can be applied for complete transverse coherence characterization of X-ray sources and X-ray optics.

قياس الأشعة السينية شعاع بالاتساق على طول الاتجاهات متعددة باستخدام 2-D شطرنج المرحلة المشبك

A procedure for a technique to measure the transverse coherence of synchrotron radiation X-ray sources using a single phase grating interferometer is ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

باستخدام السنكروترون الإشعاع مجهري المعنية بالتحقيق في نطاق متعدد الحزم الإلكترونية الدقيقة ثلاثي الأبعاد

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

بروتوكول الكهروكيميائية اختبار وتوصيف ابروتوني لي-O<sub&gt; 2</sub&gt; البطارية

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

ديناميكية المسام على نطاق وخزان شرط التصوير من رد الفعل في كربونات باستخدام السنكروترون التصوير المقطعي السريع

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography (CT) and Light Microscopy (LM) Correlated with Scanning Electron Microscopy (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of micro-characterization, plays an important role. Commonly, different techniques like X-ray computed tomography (CT), light microscopy (LM) and scanning electron microscopy (SEM) are used separately. Similarly, the results have to be treated for each technique independently. Here a comprehensive study is shown which demonstrates the potentials leveraged by linking CT, LM and SEM. In depth characterization is performed on a white emitting LED, which can be operated throughout all characterization steps. Major advantages are: planned preparation of defined cross sections, correlation of optical properties to structural and compositional information, as well as reliable identification of different functional regions. This results from the breadth of information available from identical regions of interest (ROIs): polarization contrast, bright and dark-field LM images, as well as optical images of the LED cross section in operation. This is supplemented by SEM imaging techniques and micro-analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy.

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM

A workflow for comprehensive micro-characterization of active optical devices is outlined. It contains structural as well as functional investigations by means of CT, LM and SEM. The method is demonstrated for a white LED which can be still be operated during characterization.

في تحليلات العمق من المصابيح من قبل مجموعة من الأشعة السينية التصوير المقطعي (CT) والمجهر الضوئي (LM) مربوط مع المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

تطبيق الأشعة السينية التصوير الطيفي كريستال لاستخدامها بوصفها درجة الحرارة عالية البلازما التشخيص

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Visually Based Characterization of the Incipient Particle Motion in Regular Substrates: From Laminar to Turbulent Conditions

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to turbulent flow conditions are presented. For that purpose, the incipient motion of a single bead is studied on regular substrates that consist of a monolayer of fixed spheres of uniform size that are regularly arranged in triangular and quadratic symmetries. The threshold is characterized by the critical Shields number. The criterion for the onset of motion is defined as the displacement from the original equilibrium position to the neighboring one. The displacement and the mode of motion are identified with an imaging system. The laminar flow is induced using a rotational rheometer with a parallel disk configuration. The shear Reynolds number remains below 1. The turbulent flow is induced in a low-speed wind tunnel with open jet test section. The air velocity is regulated with a frequency converter on the blower fan. The velocity profile is measured with a hot wire probe connected to a hot film anemometer. The shear Reynolds number ranges between 40 and 150. The logarithmic velocity law and the modified wall law presented by Rotta are used to infer the shear velocity from the experimental data. The latter is of special interest when the mobile bead is partially exposed to the turbulent flow in the so-called hydraulically transitional flow regime. The shear stress is estimated at onset of motion. Some illustrative results showing the strong impact of the angle of repose, and the exposure of the bead to shear flow are represented in both regimes.

Two different methods for characterizing the incipient particle motion of a single bead as a function of the sediment bed geometry from laminar to turbulent flow are presented.

بصريا على أساس توصيف الحركة الجسيمات الأولية في ركائز العادية: من الصفحي الظروف المضطربة

Two different experimental methods for determining the threshold of particle motion as a function of geometrical properties of the bed from laminar to ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

تصنيع سوبيرهيدروفوبيك الأسطح المعدنية لتطبيقات مضادة للتجمد

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...