RU2421273C1 - Устройство для создания высокого давления и высокой температуры - Google Patents
Устройство для создания высокого давления и высокой температуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421273C1 RU2421273C1 RU2009148000/05A RU2009148000A RU2421273C1 RU 2421273 C1 RU2421273 C1 RU 2421273C1 RU 2009148000/05 A RU2009148000/05 A RU 2009148000/05A RU 2009148000 A RU2009148000 A RU 2009148000A RU 2421273 C1 RU2421273 C1 RU 2421273C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- casing
- synchrotron radiation
- elastic
- symmetry
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для разнообразных научных исследований, в частности для изучения состояния вещества при сверхвысоких давлениях и температурах в связи с реконструкцией строения глубинных частей Земли, а также для изучения фундаментальных физических свойств вещества. Устройство включает разъемный в горизонтальной плоскости сферический сосуд, состоящий из верхнего 1 и нижнего 2 полукорпусов, снабженных автономными эластичными камерами 3, 4, затвор 5, многопуансонный блок 6, заключенный в эластичную герметизирующую оболочку 7, рабочее тело 9 с нагревательным элементом 10, размещенное в центре многопуансонного блока 6, крышки 8, установленные на плоских угловых площадках многопуансонного блока 6, гибкие токовые шины 23, 24, размещенные в автономных эластичных камерах 3, 4, и силовые электровводы 19, установленные в корпусе сосуда. В днище нижнего полукорпуса 2 по оси симметрии сосуда выполнен цилиндрический выступ 11 со сквозным коническим отверстием, обращенным раструбом наружу, на торце которого многопуансонный блок 6 установлен на одной из угловых площадок, образуя вдоль вертикально расположенных ребер пуансонов световой коридор 12 для прохода синхротронного излучения, верхний полукорпус 1 сосуда снабжен окном 14, установленным соосно цилиндрическому выступу 11 в нижнем полукорпусе 2, силовые электровводы 19 установлены в полукорпусах 1, 2 смещенными относительно оси симметрии сосуда, вдоль ребер пуансонов, лежащих на пути следования синхротронного излучения, на расстоянии 10-12 мм от площадок, сопряженных с рабочим телом 9, выполнены равноудаленные от оси симм�
Description
Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для разнообразных научных исследований и в особенности тех, которые требуют точного определения температур и давлений, в частности для изучения состояния вещества при сверхвысоких давлениях и температурах в связи с реконструкцией строения глубинных частей Земли, а также для изучения фундаментальных физических свойств вещества при экстремальных условиях путем использования синхротронного излучения.
Как известно, точные измерения проводятся с помощью устройства типа алмазных наковален, так как в них производится измерение давления, определяемое по смещению линии флюоресценции рубина (Piermarini G.J., Block S., Barnett, J.D. Forman R.A., Calibration of the pressure dependence of the R1, ruby fluorescence line to 195 kbar. - Journal Of Applied Physics, 1975, v.46, N6, p.2774-2780) либо по изменению параметров решетки элементарной ячейки таких веществ, как NaCl и MgO под давлением (Бредли К. Применение техники высоких давлений при исследованиях твердого тела. Изд. Мир, 1972, с.89-90).
Главным недостатком этих устройств является микроскопическое количество вещества, что не позволяет решать задачи по исследованию достаточно сложных многофазных петрологических объектов.
Известно устройство для создания высокого давления и температуры, состоящее из шести пуансонов, размещенных в двух опорных блоках, перемещение которых осуществляется плунжером пресса (Irifune Т. Application of synchrotron radiation and Kawai-type apparatus to various studies in high-pressure mineral physics. - Mineralogical Magazine, 2002, v.66, N5, p.769-790). Это устройство позволяет проводить исследования в макрообъемах (примерно до 0,1 см3) с помощью синхротронного излучения, используя уравнение состояние эталонных веществ. Недостаток этого устройства в том, что создание давлений свыше 100 кбар достигается второй ступенью, что резко (более чем в 2,5 раза) снижает объем рабочей камеры. К тому же устройство требует тяжелого прессового оборудования, обладает большой массой (более 8 тонн) и габаритами. И, что не менее важно, в этом устройстве не обеспечивается самоцентровка пуансонов, что отрицательно сказывается на их стойкости и точности обжатия рабочего тела.
Известно устройство для создания высокого давления и температуры, содержащее многопуансонный блок с рабочим телом, нагревательным элементом и с гидростатическим приводом пуансонов, выбранное в качестве прототипа (Шурин Я.И., Ран Э.Н., Малиновский И.Ю., Калинин А.А. Устройство для создания высокого давления и температуры. - RU №1630061 А1, МПК B01J 3/06, опубл. 27.03.2000). Многопуансонный блок установлен в разъемном в горизонтальной плоскости сферическом сосуде с автономными эластичными камерами, сосуд снабжен затвором. На плоских угловых площадках многопуансонного блока установлены крышки, в автономных эластичных камерах размещены гибкие токовые шины, а в нижнем полукорпусе сосуда по оси симметрии сосуда один в другом установлены силовые электровводы. Это устройство обеспечивает самоцентровку пуансонов и высокую синхронность схождения их к центру сжимаемого объема, не требует прессового оборудования, обладает малой массой (примерно 500 кг в одноступенчатом варианте) и малыми габаритами и позволяет проводить исследования в макрообъемах (более 0.2 см3) при давлениях до 300 кбар и температурах до 2500°С.
Недостатком известного устройства является то, что величина давления оценивается только косвенным методом, по фазовым переходам в реперных веществах (международная шкала давлений) и только при комнатной температуре. Использование для этих целей уравнения состояния эталонных веществ не представляется возможным, так как расположенные по оси симметрии сосуда многопуансонный блок и силовые электровводы не позволяют образовывать световой коридор для подачи на рабочее тело синхротронного излучения.
Задачей изобретения является обеспечение возможности использования синхротронного излучения для изучения состояния веществ при сверхвысоких температурах и давлениях.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений при сверхвысоких температурах и давлении при сохранении надежности устройства.
Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве для создания высокого давления и температуры, содержащем разъемный в горизонтальной плоскости сферический сосуд с автономными эластичными камерами, затвор, многопуансонный блок с рабочим телом и нагревательным элементом, крышки, установленные на плоских угловых площадках многопуансонного блока, гибкие токовые шины, размещенные в автономных эластичных камерах и силовые электровводы, установленные в корпусе сосуда, согласно изобретению в днище нижнего полукорпуса по оси симметрии сосуда выполнен цилиндрический выступ со сквозным коническим отверстием, обращенным раструбом наружу, причем на торце цилиндрического выступа многопуансонный блок установлен на одной из угловых площадок, образуя вдоль вертикально расположенных ребер пуансонов световой коридор для прохода синхротронного излучения, причем верхний полукорпус сосуда снабжен окном, установленным соосно цилиндрическому выступу в нижнем полукорпусе при этом силовые электоровводы установлены в полукорпусах смещенными относительно оси симметрии сосуда, вдоль ребер пуансонов, лежащих на пути следования синхротронного излучения, на расстоянии 10-12 мм от площадок, сопряженных с рабочим телом, выполнены равноудаленные от оси симметрии сосуда углубления плоской формы с наклоном 5-6°, а окно выполнено в виде полого ступенчатого стержня иглообразной формы, основание которого закреплено в полукорпусе, а верхушка введена сквозь отверстия, выполненные в эластичной оболочке и угловой крышке, во внутреннюю полость светового коридора с возможностью осевого перемещения. При этом внутренний диаметр у верхушки стержня сужен до 2,5-3,0 мм, а наружный - до 7 мм.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез устройства; на фиг.2 показан узел I (продольный разрез окна).
Устройство для создания высокого давления и высокой температуры содержит два сферических полукорпуса 1 и 2, снабженных автономными эластичными камерами 3 и 4, муфтовый затвор 5, скрепляющий полукорпуса, и многопуансонный блок 6, заключенный в эластичную герметизирующую оболочку 7. Угловые площадки многопуансонного блока сопряжены с крышками 8, а в центре многопуансонного блока содержится рабочее тело 9 с нагревательным элементом 10. Для подачи синхротронного излучения на рабочее тело 9 в днище нижнего полукорпуса 2 по оси симметрии сосуда выполнен цилиндрический выступ 11 со сквозным коническим отверстием, обращенным раструбом наружу. На торце цилиндрического выступа многопуансонный блок 6 установлен на одной из угловых площадок, образуя вдоль вертикально расположенных ребер пуансонов световой коридор 12 для прохода синхротронного излучения. Вдоль ребер пуансонов, лежащих на пути следования излучения, на расстоянии 10-12 мм от площадок, сопряженных с рабочим телом, выполнены равноудаленные от оси симметрии сосуда углубления плоской формы с наклоном 5-6°, образующие между собой отверстие-апертуру 13. Верхний полукорпус 1 снабжен окном 14, которое установлено соосно цилиндрическому выступу 11 в днище нижнего полукорпуса сосуда. Окно (фиг.2) представляет собой полый, ступенчатый стержень 15 иглообразной формы, основание которого закреплено в полукорпусе гайкой 16 и уплотнено кольцами 17 из резины и бронзы, а верхушка стержня 15 введена в световой коридор 12 многопуансонного блока 6 и уплотнена плотно натянутой эластичной оболочкой 7 и кольцом 18 треугольного сечения из бронзы в угловой крышке 8. Внутренний диаметр верхушки стержня сужен примерно до 2,5-3,0 мм, а наружный примерно до 7 мм. Для облегчения монтажа окна верхушка стержня выполнена конусной.
При этом смещение электровводов не привело к ухудшению эксплуатационных характеристик устройства, но позволило освободить пространство вдоль вертикальной оси и образовать световой коридор для подачи на рабочее тело синхротронного излучения.
Работает световой коридор следующим образом. При нагружении автономных эластичных камер 3, 4 сосуда давлением пуансоны, сжимая рабочее тело 9, синхронно смещаются к центру, а верхний полукорпус 1 смещается к верху, удаляясь от центра. При этом верхушка стержня 15, следуя за верхним полукорпусом, смещается относительно угловой крышки 8 и эластичной оболочки 7, и нарушения целостности светового коридора на происходит. В свою очередь, угловая крышка имеет свободу поперечного смещения и защемления верхушки стержня в угловой крышке и ее поломка исключены. Причем на верхних пуансонах, из-за наличия нескомпенсированной площади в угловой крышке 8, появляются опрокидывающие моменты, величины которых находятся в прямой зависимости от величины нескомпенсированной площади и их влияние на точность обжатия рабочего тела может быть существенным. Однако сужение внутреннего диаметра верхушки стержня до 2,5-3,0 мм а наружного - до 7 мм, не привело к ухудшению проходимости синхротронного излучения, но позволило свести к минимуму нескомпенсированную площадь в угловой крышке. Величина ее составляет примерно 0,05% от величины площади поверхности многопуансонного блока и не может оказать какого-либо ощутимого влияния на точность обжатия рабочего тела. Фактически ее влияние сведено к нулю.
При перемещении пуансонов к центру происходит и небольшое сужение светового коридора 12. Однако наличие вдоль ребер пуансонов на расстоянии 10-12 мм от площадок, сопряженных с рабочим телом, равноудаленных от оси симметрии сосуда углублений плоской формы с наклоном 5-6° не привело к снижению прочности и стойкости пуансонов, но позволило полностью компенсировать сужение светового коридора и обеспечить устойчивый прием излучения во всем интервале давлений от нуля до максимума.
Таким образом, благодаря образованию в заявленном устройстве по оси симметрии сосуда сквозного светового коридора, стало возможным подать на рабочее тело синхротронное излучение и непосредственно изучать состояние вещества во время эксперимента, а также осуществлять точное измерение температур и давлений, используя уравнение состояния эталонных веществ. Например, в качестве эталонного вещества может быть использован NaCl. Как известно уравнение состояния NaCl применимо в интервале 0-500 кбар и 0-1500°С, а точность, с которой можно определять параметры решетки, обеспечивает точность измерений давлений на величину до 1 кбар (Бредли К. Применение техники высоких давлений при исследованиях твердого тела. - Изд. Мир, 1972, с.151).
Для подачи тока на нагревательный элемент 10 в верхнем 1 и нижнем 2 полукорпусах сосуда имеются отверстия, смещенные относительно оси симметрии сосуда, в которых установлены силовые электровводы 19. С токоведущими пуансонами 21 и 22 электровводы соединены гибкими токоведущими шинами 23 и 24, размещенными в автономных камерах сосуда и контактами 25 и 26, вмонтированными в эластичную оболочку 7. С трансформатором тока (не показан) электровводы соединены шинами 27 и 28.
Работает устройство следующим образом. Электрический ток на нагревательный элемент 10 подают через токоведущие пуансоны 21 и 22 путем подключения последних к вторичной обмотке трансформатора посредством гибких токовых шин 23 и 24, расположенных в камерах сосуда контактов 25 и 26, вмонтированных в эластичную оболочку 7, и электровводов 19, расположенных в отверстиях верхнего 1 и нижнего 2 полукорпусов сосуда.
Синхротронное излучение на рабочее тело 9 подают через окно 14, размещенное в верхнем полукорпусе 1 и световой коридор 12, выполненный вдоль вертикально расположенных ребер пуансонов многопуансонного блока 6, а регистрацию излучения осуществляют спектроадсорбционным детектором, установленным со стороны отверстия в нижнем полукорпусе 2. Настройку устройства на прием синхротронного излучения осуществляют дистанционным приводом точных механизмов (не показаны).
Claims (1)
- Устройство для создания высокого давления и высокой температуры, включающее разъемный в горизонтальной плоскости сферический сосуд, состоящий из верхнего и нижнего полукорпусов, снабженных автономными эластичными камерами, затвор, многопуансонный блок, заключенный в эластичную герметизирующую оболочку, рабочее тело с нагревательным элементом, размещенное в центре многопуансонного блока, крышки, установленные на плоских угловых площадках многопуансонного блока, гибкие токовые шины, размещенные в автономных эластичных камерах, и силовые электровводы, установленные в корпусе сосуда, отличающееся тем, что в днище нижнего полукорпуса по оси симметрии сосуда выполнен цилиндрический выступ со сквозным коническим отверстием, обращенным раструбом наружу, на торце которого многопуансонный блок установлен на одной из угловых площадок, образуя вдоль вертикально расположенных ребер пуансонов световой коридор для прохода синхротронного излучения, верхний полукорпус сосуда снабжен окном, установленным соосно цилиндрическому выступу в нижнем полукорпусе, силовые электровводы установлены в полукорпусах смещенными относительно оси симметрии сосуда, вдоль ребер пуансонов, лежащих на пути следования синхротронного излучения, на расстоянии 10-12 мм от площадок, сопряженных с рабочим телом, выполнены равноудаленные от оси симметрии сосуда углубления плоской формы с наклоном 5-6°, а окно выполнено в виде полого ступенчатого стержня иглообразной формы, основание которого закреплено в полукорпусе, а верхушка введена сквозь отверстия, выполненные в эластичной оболочке и угловой крышке, во внутреннюю полость светового коридора с возможностью осевого смещения, причем внутренний диаметр верхушки стержня сужен до 2,5-3,0 мм, а наружный - до 7 мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009148000/05A RU2421273C1 (ru) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Устройство для создания высокого давления и высокой температуры |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009148000/05A RU2421273C1 (ru) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Устройство для создания высокого давления и высокой температуры |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2421273C1 true RU2421273C1 (ru) | 2011-06-20 |
Family
ID=44737923
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009148000/05A RU2421273C1 (ru) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | Устройство для создания высокого давления и высокой температуры |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421273C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021108871A1 (pt) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | Centro Nacional De Pesquisa Em Energia E Materiais - Cnpem | Dispositivo de compressão, processo de compressão, método de produção de materiais sintéticos e método de caracterização de amostra |
-
2009
- 2009-12-23 RU RU2009148000/05A patent/RU2421273C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БРЭДЛИ К. Применение техники высоких давлений при исследовании твердого тела, Издательство «Мир», 1972, стр.89-90. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021108871A1 (pt) * | 2019-12-06 | 2021-06-10 | Centro Nacional De Pesquisa Em Energia E Materiais - Cnpem | Dispositivo de compressão, processo de compressão, método de produção de materiais sintéticos e método de caracterização de amostra |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11971369B2 (en) | Methods and systems of testing formation samples using a rock hydrostatic compression chamber | |
US9459245B2 (en) | Measurement of properties of sample of curing compositions under high pressure | |
KR101392979B1 (ko) | 절리면 전단 및 투수 실험장치 | |
RU2421705C2 (ru) | Способ лабораторного определения прочности и деформируемости материалов под контролируемой трехосной нагрузкой и устройство для его осуществления | |
DK2788745T3 (en) | CHAMBER AND METHOD FOR ELECTRICAL MEASUREMENTS OF STRONG reactive POWDER AND LIQUID SAMPLES | |
CN106706447A (zh) | 基于电磁力的流变直剪试验装置 | |
JP2010501839A (ja) | 磁気流動流体のための連続負荷せん断セル | |
CN102721616A (zh) | 电渗剪切仪 | |
RU2421273C1 (ru) | Устройство для создания высокого давления и высокой температуры | |
CN106289962B (zh) | 可高低倍在线观测试样标距段形变及损伤的原位测试系统 | |
CA2112169A1 (en) | Apparatus and Method for Testing Tubular Products | |
CN109758976A (zh) | 一种中子衍射水合物高压生成装置 | |
US8156798B1 (en) | High pressure high temperature fluid densitometer | |
Li et al. | Melting curve of NaCl to 20 GPa from electrical measurements of capacitive current | |
RU2406991C2 (ru) | Ячейка для исследования текучих сред при повышенных давлениях | |
US2375032A (en) | Tensile strength testing apparatus | |
US3803365A (en) | Creep cell,in particular for nuclear reactors | |
JP2005265773A (ja) | 核磁気共鳴装置及び方法 | |
CN106153432B (zh) | 量热测试过程中反应物的混合方法 | |
RU2007114041A (ru) | Способ лабораторного определения циклической прочности и деформируемости грунта под контролируемой трехосной нагрузкой и устройство для его осуществления | |
CN115711797A (zh) | 一种金刚石对顶砧活塞-圆筒高压装置 | |
CN110873665A (zh) | 支撑剂性能测试装置和支撑剂性能测试系统 | |
Hartley et al. | An improved split-cell apparatus for the measurement of tensile strength of powders | |
CN113960084A (zh) | 一种用于小角散射的原位高温高压实验装置 | |
JP2003083853A (ja) | 土質材料の膨潤試料作製装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181224 |