Name: stress distribution during cold compression of rocks and mineral aggregates using synchrotron-based x-ray diffraction
Uploaded: 2018-05-20T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction at JoVE.com

המחברים רוצה להכיר בהכרת תודה משני בודקים עמיתים אנונימיים וסקור יופיטר בכיר עורך ד ר אליסיה DSouza על הערותיהם שלא יסולא בפז. מחקר זה בוצע ב 6-BM-B של מתקדם הפוטון מקור (APS) ב Argonne National Laboratory. השימוש במתקן הזה היא נתמכה על ידי קונסורציום לחקר חומרים מאפיינים למדעי כדור הארץ (COMPRES) במסגרת הסכם שיתוף פעולה קרן המדע הלאומית (NSF) האוזן 11-57758, 1661511 האוזן על ידי המכון לפיזיקה מינרליים, בסטוני ברוק האוניברסיטה. המחברים להכיר NSF למימון מחקר עבור תוכנית זו דרך האוזן 1361463 1045629 אוזן, אוזן 1141895. מחקר זה נעשה שימוש במשאבים של המקור הפוטון מתקדם, ארצות הברית מחלקת האנרגיה (DOE) במשרד של המשתמש מתקן מדעי פעלה במשרד DOE של המדע על ידי Argonne National Laboratory תחת חוזה DEAC02-06CH11357. ההרכבות התא נמצאים תחת פרוייקט פיתוח של הרכבה סדן מרובה תאים COMPRES. כל קבצי נתונים זמינים מן המחברים על פי דרישה (scheung9@wisc.edu). הדגימות ואת הנתונים מאוחסנים בארכיון במכון לפיזיקה מינרליים באוניברסיטת בסטוני ברוק.

1. הכנת הדוגמא
<ol><li>לבחור את הדגימה הבדיקה ו/או הפניה; זה יכול להיות גם רוק גרעין (שלב 1.2) או צבירה מינרלים (שלב 1.3), בהתאם את המוקד של מחקר ניסיוני. הערה: השיטה הבאה היא בהחלט לא הדרך היחידה להכין דגימות באיכות טובה (למשל, מכונות אחרות יכול לשמש). עם זאת, הכנת הדוגמא בפרשה שלפנינו מומחש באו...

אנו מציגים נוהל מפורט לניסיונות XRD שימוש בתא סדן מרובה ב- 6-BM-B. אולי השלבים הקריטיים ביותר, ואני עדיין המאתגרים ביותר, בפרוטוקול לעיל לערב מיטוב איכות המדגם. חשוב על איכות מדגם חל כמעט כל סלע וניסויים דפורמציה מינרלי. ראשית, זה קריטי עבור השטח קצה של הליבות רוק להיות שטוח, עם שני הקצוות מקבילי...

הרציונל מאחורי השיטה שהוצגו במאמר זה נועד לכמת את התפלגות הלחץ בתוך סלע ודוגמאות צבירה מינרלים במהלך דחיסה, דחיסה עוקבות. הבנת דחיסת ב אגרגטים מינרלים וסלעים הוא בעל חשיבות רבה ועד מאגר חו8,17,18,19,20,28 ,33. דחיסת פועל לצמצם נקבוביות, לכן, מובילה לעליה בלחץ הנקבובית. כל גידול כזה בלחץ נקבובית מוביל לירידה להפעיל לחץ אפקטיבי35. התוצאה היא כי זה יחליש באופן משמעותי את הסלע מאגר, ולכן יכולה להיות נתונה לכישלון מוקדמת-מתח נמוך. כמה דוגמאות של ההשלכות המתקבל של דפורמציה פלסטית בתיבה כלול מהסבא: כשל בייצור לטווח ארוך מתפעל נפט וגז מאגרים28,33, פני השטח שקיעה8, 18 , 19 , 20, שינוי דפוסי זרימת נוזל17. לכן, ידע מקיף של דחיסת התהליכים בסלעים, אגרגטים מינרלים יכול לסייע בהפחתת את האפשרות של השלכות שעשויות להיות שליליים כאלה.
היתרון הגדול של שימוש בשיטת מודגש כאן הוא שהיא מספקת אמצעי לכמת הפצה מתח פנימי בתוך5,geomaterial6 ביחס גלובלי-בממוצע מבחוץ חלה לחץ12 , 22. יתר על כן, כניסוי ב באתרו , האבולוציה של התפלגות הלחץ הוא זמן לפתור. הלחצים חיצוני נחשב נעות בין ערכים נמוכים יחסית (עשרות מגה) ערכים גבוהים (מספר gigapascals). הלחץ בתוך המדגם נמדד באופן עקיף באמצעות המרווח סריג אטומי בתוך גרגרי מינרלים בודדים כאמצעי של מקומיים זן אלסטי5,6. המרווח סריג האטום נקבעת בעזרת בקרינת, בדרך כלל במצב של רנטגן לבן או מונוכרומטי. עבור לבן רנטגן מצב (למשל, DDIA-6BM-B הפרעות לקרן החלקיקים של מתקדמת הפוטון מקור (APS), Argonne National Laboratory), עוצמת קרן רנטגן קרן diffracted נקבע לא אחת, אלא על ידי מערך של רכיב 10 Ge גלאי ( איור 1) מפוזרים לאורך מעגל קבוע בזוויות azimuthal של 0 °, 22.5 מעלות, 45 °, 67.5 °, 90 °, 112.5 °, 135 °, 157.5 °, 180 °, 270 מעלות. עבור מצב הרנטגן מונוכרומטי, התבנית diffracted נרשם באמצעות18,(למשל, DDIA-30-13-מזהה-D הפרעות לקרן החלקיקים של GSECARS, APS, Argonne National Laboratory) גלאי CCD23. בשני מצבי צילום רנטגן מאפשרים כמת על איך משתנה הלחץ נטיות שונות. גישה זו שונה באופן מהותי מן כל מחקרים קודמים של דחיסת ב- geomaterials.
במחקרים דחיסת טיפוסי, מדגם גלילי נדחס על ידי כוח צירית זה מוחל על פני שטח חתך הרוחב על ידי מפעיל25. בתנאים כאלה, סדר הגודל של עוצמת הלחץ יישומית מחושב בדרך כלל על-ידי פשוט חלוקת הכוח צירית (נמדד על ידי תא המטען) על-ידי האזור חתך הרוחב ההתחלתי של המדגם. יצוין כי בכזה מתח יישומית הוא בסך הכל ערך ממוצע, בתפזורת ולייצג, וככזה, לא באופן מעשי כיצד משתנה המצב הלחץ המקומי או מופץ, בתוך חומר מורכב, הטרוגניות, פרטנית. סלעי משקע detrital, אשר הם דוגמאות של חומרים גרגיריים מורכבים, נוצרות על-ידי צבירה של גרגרי מינרלים לאחר מכן נדחס, חיזקו באמצעות תהליכים depositional diagenetic1,7, 21 , 30 , 31. אלה אגרגטים יורש את הנקבוביות המרכיבות את החללים הריק בין הדגנים, אשר מהותי מן הצורה הגיאומטרית של תבואה אריזה שונה על-ידי פירוק משני. לפיכך, כל הלחץ יישומית צפוי להיות נתמך על ידי, מרוכז באנשי קשר דגן-כדי-דגן, להיעלם בבית דגן-נקבובית ממשקים.
בנוסף למורכבות של מתח וריאציה בתוך חומר פרטנית, גורמים אחרים נוספים לסבך את דחיסת לומד בתרחישים אלו. ראשית, השדה הלחץ המקומי חשוף שינויים עקב ממצאים microstructural (למשל, תבואה צורה, המקובץ שברים) באופן בלתי נמנע הקיימים בתוך כל סלע משקע detrital. שנית, אמנם סדר הגודל של הלחץ יישומית הפועלים על משטחים מדגם ניתן לכמת באופן מלא, התפלגות הלחצים בתוך הגוף מדגם נותרה מוגבלת לקוי. אפקט סוף32 – גבול אפקט לפיה הלחץ הממוצע זה מרוכז ליד הקשר בין האיילים טעינה בדגימות עקב חיכוך ממשק — ידועה היטב עד ל דגימות גלילי שטעון דחיסה. לדוגמה, הפגינו פנג26 זן הטרוגניות בתוך גרניט uniaxially דחוס דגימות נתון מגוון תנאים קצה. לפיכך, כדי לחשב במדויק את התפלגות הלחץ המקומי בחומר פרטנית, אנו מציגים פרוטוקול מפורט הבאים עבור ביצוע ניסויים רנטגן עקיפה (XRD), אגרגטים מינרלים וסלעים באמצעות מנגנון דפורמציה סדן רב- הפרעות לקרן החלקיקים 6-BM-B של APS-Argonne National Laboratory.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Rotatory Tool Workstation Drill Press Work Station with Wrench</td>
			<td style="width:71px;">Dremel</td>
			<td style="width:119px;">220-01</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MultiPro Keyless Chuck</td>
			<td style="width:71px;">Dremel</td>
			<td style="width:119px;">4486</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Variable-Speed Rotatory Tool&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Dremel</td>
			<td style="width:119px;">4000-6/50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Super small Diamond Core Drill - 2.5 mm</td>
			<td style="width:71px;">Dad&#39;s Rock Shop</td>
			<td style="width:119px;">SDCD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Coolant</td>
			<td style="width:71px;">NBK</td>
			<td style="width:119px;">JK-A-NBK-000-020</td>
			<td>Grinding Fluid Concentrate US 5 gal / 20 L</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">commercial software package and codes for instrument control and data acquisition</td>
			<td style="width:71px;">IDL EPICS and SPEC</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>installed on the computer at the beamline</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">CCD Camera</td>
			<td style="width:71px;">Allied Vision</td>
			<td style="width:119px;">Prosilica GT</td>
			<td>installed at the beamline</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

stress distribution during cold compression of rocks and mineral aggregates using synchrotron-based x-ray diffraction

אנחנו מדווחים על הליכים מפורטים לביצוע ניסויים דחיסה על סלעים, אגרגטים מינרלים בתוך מנגנון רב סדן דפורמציה (D-DIA) בשילוב עם סינכרוטרון אחר &... אסיפה מדגם בצורת קובייה הוא מוכן, דחוס, בטמפרטורת החדר, על ידי קבוצה של ארבעה רנטגן יהלום שקוף sintered סדנים, שני סדנים טונגסטן קרביד, לרוחב, המטוסים אנכי, בהתאמה. סדנים שש כל שוכן בתוך במכבש הידראולי 250-טון, מונע פנימה בו זמנית על ידי שני רחובות מדריך תקוע. קרן רנטגן אנרגיה אופקי ואנליזת המוקרן דרך, diffracted על ידי האספה הדגימה. הקרן היא בדרך כלל במצב של רנטגן או לבן או מונוכרומטי. במקרה של לבן רנטגן, צילומי הרנטגן diffracted מזוהים על-ידי מערך של מצב מוצק גלאי שאוסף את דפוס עקיפה ואנליזת האנרגיה המתקבלת. במקרה של רנטגן מונוכרומטי, התבנית diffracted נרשם באמצעות גלאי דו-ממדית (2-D), כגון צלחת הדמיה או גלאי תשלום מצמידים מכשיר (CCD). הדפוסים דו-ממדיים עקיפה מנותחים להפיק spacings סריג. זנים אלסטי של המדגם נגזרות המרווח סריג אטומי בתוך גרגרים. הלחץ לאחר מכן מחושב באמצעות מודול הנפח מראש את המתח אלסטי. יתר על כן, התפלגות הלחץ דו-מימד מאפשרים הבנה איך הלחץ מופץ נטיות שונות. בנוסף, scintillator בנתיב רנטגן התשואות תמונת אור גלוי של הסביבה לדוגמה, המאפשר מידה מדויקת של הדגימה אורך שינויים במהלך הניסוי, מניב מדידה ישירה של עומס נפח על המדגם. זה סוג של ניסוי יכולים לכמת את התפלגות הלחץ בתוך geomaterials, אשר בסופו של דבר יכול לשפוך אור על מנגנון האחראי על דחיסה. ידע כזה יש פוטנציאל לשפר באופן משמעותי את ההבנה שלנו של מפתח בתהליכי רוק מכניקה, הנדסה גיאו-טכנית, פיזיקה מינרלים ויישומים חומר מדעי שבו compactive תהליכים חשובים.

אנו מראים דוגמה אחת התוצאות נציג ניסוי XRD (ניסוי SIO2_55) להפעיל בעיתונות סדן רב-6BM-B קוורץ מתחם צבירה5,6 ו- novaculite הליבה מדגם6. גודל גרגרים של קוורץ צבירה, novaculite הם ~ 4 מיקרומטר ו ~ 6 – 9 מיקרומטר, בהתאמה5,6. ?...

Watch this Scientific Journal Video about Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction at JoVE.com

Stress Distribution During Cold Compression of Rocks and Mineral Aggregates Using Synchrotron-based X-Ray Diffraction

. מדווחים הליכים מפורטים לניסויים דחיסה על סלעים, אגרגטים מינרלים בתוך מנגנון דפורמציה סדן מרובה בשילוב עם סינכרוטרון אחר &. ניסויים אלה מאפשרים כימות של התפלגות הלחץ בתוך דגימות, בסופו של דבר השופך אור על תהליכי דחיסה ב- geomaterials.

התפלגות הלחץ בזמן הדחיסה קר של סלעים אגרגטים מינרלים באמצעות עקיפה רנטגן מבוססות סינכרוטרון

We report detailed procedures for performing compression experiments on rocks and mineral aggregates within a multi-anvil deformation apparatus (D-DIA) ...

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Environment

Unit 1

Principal Stresses under a Given Loading

SCIENTISTS IN ACTION

Measuring Fluxes of Mineral Nutrients and Toxicants in Plants with Radioactive Tracers

מדידת שטפים של חומרים מזינים ומינרליים רעלים בצמחים עם חומרים רדיואקטיביים

Unidirectional influx and efflux of nutrients and toxicants, and their resultant net fluxes, are central to the nutrition and toxicology of plants. ...

Extracting Metrics for Three-dimensional Root Systems: Volume and Surface Analysis from In-soil X-ray Computed Tomography Data

חילוץ מדדים עבור מערכות רוט תלת ממדי: ניתוח עוצם Surface מן הנתונים-אדמת רנטגן טומוגרפיה הממוחשבת

Plant roots play a critical role in plant-soil-microbe interactions that occur in the rhizosphere, as well as processes with important implications to ...

Integrating Remote Sensing with Species Distribution Models; Mapping Tamarisk Invasions Using the Software for Assisted Habitat Modeling (SAHM)

Integrating Remote Sensing with Species Distribution Models; Mapping Tamarisk Invasions Using the Software for Assisted Habitat Modeling SAHM

שילוב חישה מרחוק עם מודלי הפצת מינים; פלישות מיפוי אשל בעזרת התוכנה עבור דוגמנות Habitat Assisted (SAHM)

Early detection of invasive plant species is vital for the management of natural resources and protection of ecosystem processes. The use of satellite ...

Capturing Flow-weighted Water and Suspended Particulates from Agricultural Canals During Drainage Events

לכידת משוקלל זרימת מים, חלקיקים מן התעלות חקלאית במהלך אירועים ניקוז

The purpose of this study is to describe the methods used to capture flow-weighted water and suspended particulates from farm canals during drainage ...

Quantification of Endogenous Auxin and Cytokinin During Internode Culture of Ipecac

כימות של אוקסין אנדוגני, ציטוקינין במהלך Internode תרבות הוזמנתי למסיבה

Adventitious shoot formation is an important technique for the propagation of economically important crops and for the regeneration of transgenic plants. ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

טיפול נסיוני לומד השפעות המינרלים על העתקות הידרותרמי אורגני

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

Generating Homo- and Heterografts Between Watermelon and Bottle Gourd for the Study of Cold-responsive MicroRNAs

יצירת הומו - ו Heterografts בין אבטיח דלעת הבקבוק לחקר מיקרו Rna קר-תגובה

MicroRNAs (miRNAs) are endogenous small non-coding RNAs of about 20 - 24 nt, known to play important roles in plant development and adaptation. There is ...

Composition and Distribution Analysis of Bioaerosols Under Different Environmental Conditions

הלחנה וניתוח הפצה Bioaerosols בתנאים סביבתיים שונים

Variable microorganisms in particulate matter (PM) under different environmental conditions may have significant impacts on human health. In this study, ...

Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions

גודל משולב של צפיפות Fractionation של קרקעות החקירות של האינטראקציות אורגניות-מינרליים

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF ...

Xylem Water Distribution in Woody Plants Visualized with a Cryo-scanning Electron Microscope

התפלגות המים xylem במפעלי וודי דמיינו בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני לסריקת ההקפאה

A scanning electron microscope installed cryo-unit (cryo-SEM) allows specimen observation at subzero temperatures and has been used for exploring water ...