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[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于高壓中子衍射的原位測壓裝置在審

專利信息
申請?zhí)枺?/td> 201810285367.0 申請日: 2018-04-03
公開(公告)號: CN108844983A 公開(公告)日: 2018-11-20
發(fā)明(設(shè)計)人: 雷力;戚磊;房雷鳴 申請(專利權(quán))人: 四川大學(xué)
主分類號: G01N23/207 分類號: G01N23/207;G01L1/24
代理公司: 暫無信息 代理人: 暫無信息
地址: 610065 四川*** 國省代碼: 四川;51
權(quán)利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 中子衍射 壓力測量裝置 紅寶石 測壓裝置 加載裝置 壓力參數(shù) 熒光信號 激光器 標(biāo)定 壓砧 便攜式光譜儀 壓力加載裝置 光纖光譜儀 弱熒光信號 活塞 傳統(tǒng)壓力 分叉光纖 機械加壓 快速原位 相變壓力 壓力標(biāo)定 壓力測量 熒光光譜 狀態(tài)方程 高壓力 聚光鏡 靈敏度 圓筒式 軸向 加壓 應(yīng)用 采集 透明 制作
【說明書】:

發(fā)明公開了一種應(yīng)用于高壓中子衍射的原位測壓裝置。它包括高壓加載裝置和原位壓力測量裝置。壓力加載裝置使用透明且弱熒光信號的材料做為壓砧材料,通過對活塞?圓筒式壓砧上下機械加壓獲取高壓力;原位壓力測量裝置使用紅寶石熒光光譜進行壓力標(biāo)定,包括光纖光譜儀、激光器、分叉光纖、聚光鏡。由于紅寶石可以產(chǎn)生強的熒光信號,因此本工作利用便攜式光譜儀和激光器結(jié)合高壓加載裝置在進行徑向中子衍射的同時軸向采集熒光信號實現(xiàn)了高壓中子衍射實驗中的原位壓力測量。區(qū)別于傳統(tǒng)壓力標(biāo)定方法(Fe狀態(tài)方程、線下相變壓力標(biāo)定),本裝置具有靈敏度高,靈活性強和制作便捷,可以快速原位的獲取高壓中子衍射實驗中的壓力參數(shù)等優(yōu)點。同時,由于本裝置加壓簡單,壓力參數(shù)獲取快速而精確,我們可以實現(xiàn)壓力的精確控制和保持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓中子衍射實驗中壓力的原位快速測量技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種應(yīng)用于高壓中子衍射的原位測壓裝置。

背景技術(shù)

高壓作為一個極端條件會引發(fā)眾多常壓下難以觀察到的新奇物理現(xiàn)象,為制備新材料、探索新現(xiàn)象和發(fā)展新理論提供了得天獨厚的機會。中子具有許多獨特的優(yōu)點,如高穿透性、與磁矩的強烈相互作用、對同位素十分敏感等。因此,對于研究含有較輕原子、較重原子、以及序數(shù)相鄰和磁性原子的復(fù)雜材料具有其他手段難以替代的優(yōu)勢。高壓條件下的中子衍射實驗則把材料的結(jié)構(gòu)、物性、行為的研究推向了一個新的高度,在復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)研究中是一個強有力的工具。高壓原位中子衍射可以為包括武器材料在內(nèi)的探索和研究提供獨特的表征手段,如結(jié)構(gòu)相變、高壓狀態(tài)方程、強度及彈性模量的測定、織構(gòu)等。因此,原位高壓中子衍射技術(shù)的發(fā)展對材料科學(xué)、晶體化學(xué)和地球及行星科學(xué)起了巨大的推動作用,發(fā)展高壓中子技術(shù)可以更加充分的發(fā)揮中子衍射的獨特優(yōu)勢。

根據(jù)目前使用的衍射譜儀的配置,高壓原位中子衍射裝置通常使用的是對頂砧壓砧系統(tǒng),可分為上下兩部分,分別固定上下兩個壓砧。通過螺絲機械加壓獲得高壓力,或增加外部油壓加載系統(tǒng)從而獲得更高的壓力。在高壓實驗中,壓力是需要隨時進行測量的重要參數(shù)之一。目前,壓力標(biāo)定大多是線下進行,采用原位電阻測量方法,利用標(biāo)壓物質(zhì)相轉(zhuǎn)變過程中電阻的變化對腔體壓力進行標(biāo)定。通常采用Bi、ZnTe、Ba等作為標(biāo)壓物質(zhì)。由于標(biāo)壓材料會隨著壓力的逐漸增加而發(fā)生相變,電阻也會發(fā)生突變,所以利用它們的相變點可以標(biāo)定油壓和實際腔體壓力的關(guān)系。壓力還可以通過晶格常數(shù)隨壓力的變化來進行測定,利用Fe等物質(zhì)的狀態(tài)方程標(biāo)定腔體壓力。但是,由于目前國內(nèi)中子源的條件限制,線下進行標(biāo)壓是非原位的壓力標(biāo)定而且由于腔體組裝原因加載力與腔體壓力建立的關(guān)系精確度不高;利用物質(zhì)的狀態(tài)方程標(biāo)定腔體壓力通常需要數(shù)小時才可以獲取物質(zhì)的中子衍射譜從而確定壓力,耗時長且實驗壓力不能準確掌控。

為了準確掌控實驗的壓力條件,獲得高壓下物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)、點陣動力學(xué)、織構(gòu)等微觀性質(zhì),則需要快捷、精準、原位的獲取壓力參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了可以便捷且快速原位的獲取壓力參數(shù),本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于高壓中子衍射的原位測壓裝置。基于紅寶石在激發(fā)光源的照射下將產(chǎn)生熒光信號,且熒光峰的波長隨壓力會發(fā)生位移,利用便攜式光譜儀和激光器結(jié)合高壓加載裝置實現(xiàn)了高壓中子衍射實驗中的原位壓力測量。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種應(yīng)用于高壓中子衍射的原位測壓裝置。包括由激光器(1)、光纖光譜儀(2)、分叉光纖(3)、聚光鏡(4)組成的原位壓力測量系統(tǒng)和上壓機、下壓機、兩個對頂壓砧組成的高壓加載系統(tǒng)(6)以及中子衍射探測器(7)。其特征在于:通過分叉光纖(3)a、b端口將激光器(1)、光纖光譜儀(2)直接連接為裝置提供高功率激光和熒光信號獲取通道,同時分叉光纖(3)c端口與聚光鏡(4)連接,通過聚光鏡(4)的限位螺孔調(diào)節(jié)聚焦從而獲得高質(zhì)量的熒光信號。其壓力測量原理是紅寶石在激發(fā)光源的照射下將產(chǎn)生熒光信號,且熒光峰的波長隨壓力會發(fā)生位移。通過光纖光譜儀獲取高壓下的紅寶石熒光峰,利用公式:

P=2.484[(λ/λ0)7.665-1]

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