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

Yazarlar iki anonim meslektaşların yorumcular minnetle kabul etmek istiyorum ve Jüpiter kıdemli editörü Dr. Alisha DSouza onların çok değerli yorumlar için gözden geçirin. Bu araştırma 6-BM-b, Gelişmiş foton kaynak (APS) Argonne Ulusal Laboratuvarı gerçekleştirildi. Bu tesis kullanımı için malzeme özellikleri araştırma yer bilimleri (alışveriş) Ulusal Bilim Vakfı (NSF) işbirliği anlaşması kulak 11-57758, kulak 1661511 altında Konsorsiyumu tarafından ve Mineral Fizik Enstitüsü, Stony Brook tarafından desteklenen Üniversitesi. Yazarlar bu program sayesinde kulak 1361463, kulak 1045629 ve kulak 1141895 için araştırma fonu için NSF kabul. Bu araştırma kaynakları Gelişmiş foton kaynağının kullanılan, bir ABD bölümü enerji (DOE) Ofis, bilim Kullanıcı tesis için DOE Office Bilim Argonne Ulusal Laboratuvarı tarafından işletilen sözleşme altında DEAC02-06CH11357. Hücre derlemeler alışveriş çok anvil hücre derleme geliştirme projesi altında bulunmaktadır. Tüm veri dosyaları (scheung9@wisc.edu) istek üzerine yazarlardan mevcuttur. Örnekleri ve veri Stony Brook Üniversitesi'nde Mineral fiziği Enstitüsünde arşivlenir.

1. numune hazırlama
<ol><li>Test ve/veya başvuru örnek seçin; Bu-ebilmek var olmak ikisinden biri bir rock çekirdek (adım 1.2) veya mineral toplamak (adım 1.3), deneysel çalışmanın odak bağlı olarak. Not: Aşağıdaki yöntemi kesinlikle kaliteli örnekleri hazırlamak için tek yol değildir (Örneğin, diğer makineleri kullanılabilir). Ancak, mevcut çalışmada kabul edilen numune hazırlama tam olarak doğru çoğaltma hedefe ulaşmak için gösterilmiştir.</li>
	<li>
Rock çekir...

Biz 6-BM-b çok anvil hücre kullanarak XRD deneyleri yürütmek için ayrıntılı yordam mevcut Belki de yukarıdaki iletişim kuralındaki en kritik ve en zorlu henüz, adımlar örnek kalitesini optimize içerir. Böyle önemi örnek kalite konusunda hemen hemen tüm rock ve mineral deformasyon deneyler için geçerlidir. İlk olarak, düz, her iki ucu birbirine ve aynı zamanda silindir yüzeyine dik paralel olmak rock çekirdek sonu yüzeyinde önemlidir. Bu örsler uygulanan dış güç örnek tüm son yüzey daha...

Bu makalede sunulan Yöntem arkasındaki mantığı rock ve mineral toplama örnekleri içinde stres dağıtım sıkıştırma ve sonraki sıkıştırma sırasında ölçmek etmektir. Kayalar ve mineral toplamları sıkıştırmayı anlama rezervuar ve8,17,18,19,20,28 mühendislik zemin etüdü için büyük önem taşıyor ,33. Sıkıştırma porozite azaltmak için hareket eder ve bu nedenle, gözenek basınç bir artışa yol açar. Gözenek basınç gibi herhangi bir artış etkili basınç35azalmasına yol açar. Bu önemli ölçüde rezervuar rock zayıflatır ve bu nedenle daha düşük stres erken başarısızlık için tabi sonucudur. Bazı örnekler yeraltı Ekle esnek olmayan deformasyon elde edilen sonuçları: petrol ve gaz su depoları28,33, idame ettiren uzun vadeli üretim hatası yüzey çökme8, 18 , 19 , 20ve tadilat sıvı akış desenler17. Bu nedenle, sıkıştırma kapsamlı bir bilgi kayalarda işler ve mineral toplamları gibi potansiyel olumsuz sonuçları olasılığını azaltmaya yardımcı olabilir.
Basınç12 uygulanan stres dağıtım ile ilgili genel olarak ortalama bir geomaterial5,6 içinde dahili olarak dışarıdan ölçmek için bir yol sağlar burada vurgulanan yöntemi kullanarak büyük avantajı olduğunu , 22. Ayrıca, in situ deney stres dağıtım evrimi zaman çözüldü. Dışarıdan uygulanan baskılar olarak kabul yüksek değerlere (birkaç gigapascals) nispeten düşük değerler (megapaskal onlarca) arasında değişir. Örnek içinde stres dolaylı olarak yerel elastik zorlanma5,6bir ölçüsü olarak bireysel mineral taneleri içinde atomik kafes aralığı kullanılarak ölçülür. Atomik kafes aralığı sondası, yardım sık modunda her iki beyaz veya tek renkli x-ray ile belirlenir. (Örneğin, 6BM-B beamline, Gelişmiş foton kaynak (APS), Argonne Ulusal Laboratuvarı, demir) beyaz x-ışını modu için bir değil, ama 10 elemanlı Ge dedektörleri ( bir dizi tarafından diffracted ışını röntgen ışını yoğunluğu belirlenir Şekil 1) 0 °, 22,5 °, 45 °, 67,5 °, 90 °, 112.5 °, 135 °, 157.5 °, 180 °, 270 ° Azimut açı sabit bir daire boyunca dağıtılmış. Tek renkli X-ray modu için diffracted desen bir CCD dedektörü (örn., demir-30, 13-ID-D beamline GSECARS, APS, Argonne Ulusal Laboratuvarı)18,23kullanarak kaydedilir. Her iki x-ışını modları nasıl değişeceğini stres içinde farklı yönler üzerinde miktar sağlar. Bu yaklaşım temelde geomaterials sıkıştırma tüm önceki çalışmaları farklıdır.
Tipik sıkıştırma çalışmalarda, silindirik bir örnek kesit alanı boyunca aktüatör25tarafından uygulanan bir eksenel kuvvet tarafından sıkıştırılır. Bu koşullar altında uygulanan stres parlaklığı büyüklüğü genellikle sadece ilk kesit alanı örnek Aksiyel zorla (yük hücresi tarafından ölçülen) bölünerek hesaplanır. Bu uygulanan stres parlaklığı sadece bir ortalama, toplu bir değerdir ve bu nedenle, gerçekçi ne yerel stres durumu değişir veya, karmaşık, heterojen, granüler malzeme içinde dağıtılmış temsil etmez, unutulmamalıdır. Karmaşık taneli malzemelerin örnekleri, koyaklar tortul kayaçlar mineral tanelerinin daha sonra sıkıştırılmış ve depositional ve diagenetic işlemleri1,-7arası, çimentolu toplama tarafından kurulan 21 , 30 , 31. bu toplamları doğal olarak ikincil dağılması tarafından değiştirilmiş tahıl ambalaj geometri gelen içsel taneleri arasında geçersiz boşluk oluşturan gözenekleri devralır. Bu nedenle, herhangi bir uygulanan stres tarafından desteklenen bekleniyor ve tahıl tahıl kişiler ve tahıl-gözenek arabirimleri kaybolmak için konsantre.
Stres varyasyon taneli bir malzeme içinde karmaşıklığına ek olarak, aşağıdaki senaryolarda eğitim sıkıştırma diğer faktörler daha fazla karmaşık hale. İlk olarak, yerel stres alan herhangi bir değişiklik nedeniyle kaçınılmaz olarak herhangi bir koyaklar tortul içinde bulunan microstructural eserler (kırıklar preexistingÖrneğin, tane şekli,) savunmasızdır. İkinci olarak, örnek yüzeyler hareket uygulanan stres büyüklüğü tam sayısal rağmen gerilmeler örnek bünyesinde dağıtım kötü kısıtlı kaldı. Bir bitiş etkisi32 — bir sınır etkisi ortalama stres yükleme rams ve arabirim sürtünme nedeniyle örnekleri arasında temas yakınındaki konsantre sayede — iyi bilinen sıkıştırma yüklenen silindirik örnekleri sergilenecek. Örnek olarak, Peng26 zorlanma heterojenite için a değişiklik-in bitiş koşulları tabi uniaxially sıkıştırılmış granit örnekleri içinde gösterdi. Dolayısıyla, doğru bir şekilde yerel stres dağıtım granüler malzeme hesaplamak için biz kayalar ve mineral toplamları, x-ışını kırınım (XRD) deney gerçekleştirmek için aşağıdaki detaylı iletişim kuralı, bir çok örs deformasyon aparatı kullanarak mevcut beamline 6-BM-B APS Argonne Ulusal Laboratuvarı.

<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

Biz kayalar ve sinkrotron sondası ile birleştiğinde bir çok örs deformasyon aparatı (D-DIA) içinde mineral toplamları sıkıştırma deneyler gerçekleştirmek için ayrıntılı yordamlar raporu. Bir küp şeklinde örnek derleme hazırlanır ve, oda sıcaklığında 4 x-ışını şeffaf Sinterlenmiş elmas örs ve lateral ve dikey düzlemler, iki tungsten karbür örsler bir dizi tarafından sırasıyla sıkıştırılmış. Tüm altı örsler 250 tonluk hidrolik pres içinde yer alan ve aynı anda iki kamalı Kılavuzu bloklarla içe tahrik. Yatay enerji dağıtıcı x-ışını demeti ile öngörülen ve örnek derleme tarafından diffracted. Işın yaygın olarak beyaz veya tek renkli X-ray modda çalışır. Beyaz X-ray söz konusu olduğunda, diffracted röntgen elde edilen enerji dağıtıcı kırınım deseni toplar bir katı hal dedektörü dizisi tarafından algılanır. Tek renkli X-ray söz konusu olduğunda, bir iki boyutlu (2B) dedektörü, düşsel bir tabak veya şarj kuplajlı cihaz (CCD) dedektörü gibi kullanarak diffracted desen kaydedilir. 2-B kırınım desenleri kafes serisinde türetmek için analiz edilir. Örnek elastik suşları atomik kafes aralığı içinde tahıllar türetilmiştir. Stres sonra önceden belirlenmiş elastik modül ve elastik zorlanma kullanılarak hesaplanır. Ayrıca, iki boyutlu olarak stres dağıtım izin stres içinde farklı yönelimleri nasıl dağıtıldığı anlamak için. Buna ek olarak, bir scintillator x-ışını yolundaki örnek uzunluğu değişiklikler hassas ölçüm örnek üzerinde birim yük doğrudan ölçümü verimli deney sırasında için örnek çevre, görünür ışık görüntüsünü verir. Bu tür bir deney sonuçta sıkıştırma için sorumlu mekanizma ışık tutabilir geomaterials içinde stres dağıtım ölçmek. Böyle bir bilgiye compactive süreçleri önemli nerede önemli ölçüde kaya mekaniği, Geoteknik Mühendisliği, mineral fizik ve malzeme bilimi uygulamaları temel süreçleri anlayışımızı geliştirmek için potansiyel var.

6BM-b çok örs basında bir bileşik kuvars toplam5,6 ve novaculite çekirdek örnek6çalıştırmak bir XRD deney (deney SIO2_55) gelen bir temsilcisi sonuç örnek göster. Kuvars toplama ve novaculite tane boyutu vardır ~ 4 µm ve ~ 6 – 9 µm, sırasıyla5,6. Bu deneme sırasında toplanan spectra resimli kırınım Şeki...

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

Biz kayalar ve sinkrotron sondası ile birleştiğinde bir çok örs deformasyon aparatı içinde mineral toplamları sıkıştırma deneyler için ayrıntılı yordamlar rapor. Bu tür deneyler miktar sonuçta ışık üstünde sıkıştırma oluşum geomaterials içinde tutuyor stres dağıtım örnekleri içinde izin.

Kayalar ve Mineral toplamları x-ışını kırınım sinkrotron tabanlı kullanarak soğuk sıkıştırma sırasında stres dağıtım

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

Radyoaktif izleyiciler ile Bitkilerde Mineral Besin ve Toksikantların Değişimler Ölçme

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

Üç boyutlu Kök Sistemleri Metrikleri ayıklanıyor: Hacim ve Yüzey Analizi In-toprak X-ışını Bilgisayarlı Tomografi Data

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

Türler Dağıtım Modelleri ile Uzaktan Algılama bütünleştirilmesi; Destekli Habitat Modelleme için Yazılımı Kullanma Haritalama Ilgın İstilaları (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

Su akışı ağırlıklı ve tarım kanallar üzerinden askıya alınan parçacıklar drenaj olaylar sırasında yakalama

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

Ipecac düğümler arası kültür sırasında endojen Auxin ve Cytokinin miktar

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

Organik hidrotermal dönüşümler üzerinde Mineral etkileri eğitimi için deneysel bir protokol

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

Homo - ve Heterografts arasında karpuz ve kabak şişe soğuk duyarlı mikroRNA'lar çalışma için oluşturma

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

Kompozisyon ve Bioaerosols farklı çevresel koşullar altında dağıtım Analizi

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

Kombine boyutu ve toprak yoğunluğu ayırma Organo-Mineral etkileşimlerin araştırmalar için

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

Cryo-scanning Electron mikroskop ile görselleştirilen Woody bitkilerde xylem su dağılımı

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