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

Авторы хотели бы с благодарностью отметить два анонимных рецензенты и обзор JoVE старший редактор доктор Alisha DSouza за их бесценную комментарии. Это исследование проводилось в 6-BM-B Расширенный Фотон источник (APS) в Аргоннской национальной лаборатории. Использование этого механизма поддерживала консорциумом для исследования свойств материалов в наук о земле (ко) в рамках соглашения о сотрудничестве Национального фонда науки (NSF) уха 11-57758, 1661511 ухо и Институтом физики минерал, Стони Брук Университет. Авторы признают NSF для финансирования научных исследований для этой программы через 1361463 уха, уха 1045629 и 1141895 ухо. Это исследование использовали ресурсы исходного фотона Advanced, Департамента энергетики США (DOE) управление науки пользователя объекта действуют для Доу отделение науки Аргоннской национальной лаборатории по контракту DEAC02-06CH11357. Клетки сборки, в рамках проекта развития Ассамблея мульти наковальня клетки СЖАТИЯ. От авторов по запросу (scheung9@wisc.edu) доступны все файлы данных. Образцы и данные архивируются в Институте физики минерал в Университет Стоуни-Брук.

1. Пробоподготовка
<ol><li>Выберите тест и/или образца; Это может быть либо рок ядра (шаг 1.2) или минеральных агрегат (шаг 1.3), в зависимости от фокус экспериментальное исследование. Примечание: Следующий метод, конечно, не единственный способ подготовить образцы хорошего качества (напри?...

Мы представляем подробные процедуры для проведения XRD экспериментов с использованием мульти наковальня клеток в 6-BM-B. Возможно наиболее важных и все же наиболее сложных, шаги в протоколе выше включают, оптимизируя качество образца. Такое значение на качество выборки относится к почти в...

Метод, представленный в этой статье объясняется количественно оценить распределение напряжений в рок и минеральных совокупных образцов во время сжатия и последующего уплотнения. Понимание уплотнения в скалах и минеральных агрегатов имеет большое значение для водохранилища и геотехническое проектирование8,,1718,19,20,28 ,33. Уплотнение действует уменьшить пористость и таким образом, приводит к увеличению порового давления. Такое увеличение порового давления приводит к снижению давления35. Следствием этого является, что она значительно ослабит коллекторной породе и поэтому может подвергаться преждевременный выход из строя на меньше стресса. Некоторые примеры вытекающими последствиями неупругого деформирования в недрах включают: неудача в устойчивой долгосрочной перспективе производство в нефтяных и газовых резервуаров28,33, поверхность просадка8, 18 , 19 , 20и изменения потока жидкости шаблоны17. Таким образом всеобъемлющее знание уплотнения процессов в скалах и минеральных агрегатов может помочь в снижении возможность таких потенциально негативных последствий.
Большим преимуществом использования метода подчеркнул здесь является, что она обеспечивает средства для количественного определения распределения напряжения внутри5,geomaterial6 в отношении глобально усредненного внешне применяется давление12 , 22. Кроме того, как эксперимент в situ , эволюция распределение напряжений, время решена. Внешне прикладной давление считается варьируются от относительно низких значений (десятки мегапаскалях) до высоких значений (несколько gigapascals). Стресс в образце косвенно измеряется с помощью атомная решетка расстояние в пределах отдельных минеральных зерен как мера местных упругой деформации5,6. Атомная решетка интервал определяется с помощью рентгеновского излучения, обычно в любом режиме белого или монохромные рентгеновского. Для белых рентгеновского режима (например, DDIA в 6BM-B излучение от Advanced Фотон источник (APS), Аргоннская национальная лаборатория) интенсивность дифрагированных луча рентгеновского луча определяется не только один, но массив 10-элемент Ge детекторов ( Рисунок 1) распределены вдоль фиксированной круга в азимутальные углы 0 °, 22,5 °, 45 °, 67,5 °, 90 °, 112.5 °, 135 °, 157.5 °, 180 °, 270 °. Для монохроматического режиме рентгеновского дифрагированных шаблон записывается с помощью CCD детектор (например, DDIA-30 на излучение 13-ID-D GSECARS, APS, Аргоннская национальная лаборатория)18,23. Обе рентгеновского режимы позволяют количественная оценка на как стресс варьируется в разных направлениях. Этот подход принципиально отличается от всех предыдущих исследований уплотнения в geomaterials.
В типичных уплотнения исследований цилиндрического образца сжимается осевой силой, которая применяется по всей площади поперечного сечения головки25. В таких условиях масштабы величины приложенного напряжения, как правило, рассчитывается путем простого деления осевой силы (измеряется нагрузки ячейки), первоначальная площадь поперечного сечения образца. Следует отметить, что этой величины приложенного напряжения значение просто средний, насыпных и, таким образом, не представляют собой реально как местные напряженное состояние меняется, или распространяется, в рамках комплекса, гетерогенных, гранулированный материал. Обломочные осадочных пород, которые являются примерами сложных сыпучих материалов, формируются путем агрегирования минеральных зерен, которые впоследствии уплотняется и укрепил через процессы осадконакопления и диагенетических1,7, 21 , 30 , 31. Эти агрегаты естественно наследуют поры, которые составляют пустоты между зернами, которые являются неотъемлемыми от геометрии Упаковка зерна, изменена вторичного распада. Следовательно любой приложенного напряжения ожидается быть поддержаны и сосредоточены на зерно к зерно контактов и исчезают на зерно поры интерфейсов.
В дополнение к сложности стресс вариацию гранулированный материал другие факторы далее усложнить изучение уплотнения в этих сценариях. Во-первых поле местных напряжений является уязвимым для любых изменений, благодаря микроструктурных артефакты (например, в форме зерна, существующий переломов), неизбежно присутствующие в любой обломочным осадочных пород. Во-вторых хотя величины приложенного напряжения, действуя по поверхности образца могут быть полностью количественно, распределение напряжений в организме образца по-прежнему плохо ограничением. Конец эффект32 — граница эффект которой средняя стресс сконцентрированы вблизи контакт между Рамс загрузки и образцы из-за трения интерфейс — хорошо известно, будут выставлены в цилиндрических образцов, загруженной в сжатия. В качестве примера Пэн26 продемонстрировал штамм гетерогенность в пределах uniaxially сжатого гранит образцы подвергали различных конечных условий. Таким образом чтобы точно вычислить распределение местных напряжений в гранулированный материал, мы представляем следующий подробный протокол для выполнения рентгеновских дифракции (XRD) эксперименты на скалах и минеральных агрегатов, с помощью нескольких наковальня деформации аппарат на излучение 6-BM-B APS в Аргоннской национальной лаборатории.

<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

Мы сообщают подробные процедуры для выполнения сжатия эксперименты на скалах и минеральных агрегатов в рамках многолетних наковальня деформации аппарат (D-диа), в сочетании с синхротрона рентгеновского излучения. Куб образный пример Ассамблея готовится и сжатые, при комнатной температуре, набор четырех рентгеновского прозрачный алмаз спеченные наковальни и два карбида вольфрама наковальни, в горизонтальных и вертикальных плоскостей, соответственно. Все шесть наковальни размещается в пределах 250-тонный гидравлический пресс и обусловлен внутрь одновременно двух блоков вклинивается руководство. Горизонтальные энергии дисперсионных рентгеновского пучка проектируется через и дифрагированных Ассамблеей образца. Луч находится обычно в режиме белый или монохромные рентгеновского. В случае белых рентген дифрагированных рентген обнаруживаются массив полупроводниковый детектор, который собирает результате энергии дисперсионных дифракционной картины. В случае монохромные рентген дифрагированных шаблон записывается с помощью двумерные (2-D) детектор, например изображений пластины или детектор зарядовой (связью ПЗС). 2-D дифракционные текстуры анализируются для получения расстояния решетки. Эластичные штаммов образца являются производными от атомная решетка расстояние в пределах зерна. Стресс, затем вычисляется с использованием заранее упругости и упругой деформации. Кроме того распределение напряжений в двух измерениях позволяют понять, как стресс распределяется в разных направлениях. Кроме того сцинтиллятор рентгеновского пути дает видимом свете изображение образца окружающей среды, которая позволяет для точного измерения изменения длины образца во время эксперимента, дают прямое измерение объема нагрузки на образец. Этот тип эксперимента можно количественно определить распределение напряжений в geomaterials, который в конечном счете может пролить свет на механизма, ответственного за уплотнения. Такие знания имеет потенциал, чтобы значительно улучшить наше понимание ключевых процессов в геомеханики, геотехнической инженерии, минеральные физики и материаловедения приложений где compactive процессы имеют важное значение.

Мы покажем один пример представителя результат от XRD эксперимент (эксперимент SIO2_55) запускать в прессе мульти наковальней в 6BM-B на составные кварц совокупных5,6 и novaculite основной пример6. Размерами зерен кварца совокупных и novac...

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

Мы сообщают подробные процедуры для сжатия экспериментов на скалах и минеральных агрегатов в рамках многолетних наковальня деформации аппарат, в сочетании с синхротрона рентгеновского излучения. Такие эксперименты позволяют количественная оценка распределения напряжения в пределах образцы, что в конечном итоге проливает свет на уплотнение процессы в geomaterials.

Распределение напряжений во время холодного сжатия пород и минеральных агрегатов с использованием рентгеновской дифракции на базе синхротронного

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

Измерение потоков минеральных питательных веществ и токсикантов в растениях с помощью радиоактивной метки

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

Распаковка Метрики для трехмерных систем корней: Том и анализа поверхности из In-почвы рентгеновской компьютерной томографии данных

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

Интеграция дистанционного зондирования с видами распределения моделей; Mapping Tamarisk Вторжения Использование программного обеспечения для моделирования Assisted Хабитат (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

Захват потока взвешенный воды и взвешенных частиц из сельскохозяйственных каналов во время дренажа событий

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

Количественная оценка эндогенного ауксинов и цитокининов во время Internode культуры Ipecac

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

Экспериментальный протокол для изучения минеральных влияния на органических гидротермальных преобразования

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

Создание гомо - и Heterografts между арбуз и бутылка тыквы для изучения холодной отзывчивым микроРНК

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

Состав и распределение анализ биоаэрозоли в различных экологических условиях

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

Совокупный размер и плотность фракционирование почв для исследования взаимодействия органо минеральные

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

Xylem Распределение воды в Древесных растениях, визуализированных с крио-сканирования электронный микроскоп

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