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4W2-高压实验站

时间:2011年01月06日 点击数: 出处: 编辑:
一、简介
    北京同步辐射高压实验站用于研究物质在极端条件下(目前包括高压、高温)的结构和性质。实验站主要具备金刚石对顶砧高压装置(DAC)、X射线衍射系统、Raman光谱测量系统以及激光加温系统。DAC技术可以获得100 GPa以上的样品压力,激光加温系统可以在DAC中提供3000K以上的样品温度。X射线衍射包括能量色散、角度色散、径向衍射等多种方法,结合Raman光谱测量,可以在高温高压下研究物质的压致结构相变、状态方程、熔化曲线、强度、弹性、织构等。

 

         图1 角色散衍射实验          图2 能量色散衍射实验方法与激光加温结合

 

       图3 径向衍射实验                图4 高压Raman实验系统

 

二、压强产生原理

压强的基本原理公式为:P=F/S。如图5所示,在高压实验中,通过挤压上下两颗金刚石,从而使样品处于高的压强环境。

图5 压强原理产生示意图

 

 

三、研究方法
 
1、能量色散衍射实验方法
 

入射光为白光,能量范围在5-35keV。样品的衍射信号由高纯锗固体探测器采集。可以探测物质在高压下的结构相变信息以及状态方程等。

2、角色散衍射实验方法
 

入射光为单色光,能量范围为10-25keV,常用的能量为20keV。样品的衍射信号由Mar345成像板收集。可以探测物质在高压下的结构相变、状态方程等,是目前高压站的主要实验方法。

能量色散衍射实验、角色散衍射实验方法与激光加温方式结合,可以得到样品在高温高压条件下的各种信息,比如结构变化、熔化曲线等。

3、径向衍射实验方法
 

在前面两种实验方法中,金刚石对顶砧的压力轴与X射线衍射面的法线垂直;在径向衍射实验方法中,压力轴与X射线衍射面的法线成一定夹角。入射光可以是白光或者单色光,下面的图6、图7中展示了入射光为单色光时,常规X射线衍射与径向衍射实验方法的工作原理。径向衍射实验方法可以用于探测物质在高压下强度、弹性、织构等信息。

图6 角色散衍射实验方法原理图

图7 径向衍射实验方法原理图

 

4、高压Raman实验方法
 

Raman实验方法可以探测物质在高压下的结构变化信息,为X射线衍射实验方法提供辅助探测手段。

四、光源参数
 

4W2是由Wiggler插入件引出光源,该Wiggler为一个真空内多极电磁扭摆器,具体的光源参数参见下表。

 

4W2 Wiggler参数

 

周期数

11

 

周期长度

0.15m

 

磁极间隙

14-120mm

 

峰值磁场强度

1.5T

 

临界能量

7.48keV

 

 

五、样品处光源参数
 
能量范围:10-25 keV(单色光) 5-35 keV(白光)
能量分辨率(ΔE/E):7×10-4 @ 20 keV
光通量(photons/s):1.2×109 @ 20 keV
光斑尺寸(H×V):26×8 µm2

 

六、主要设备
 
1、金刚石对顶砧压腔(Diamond Anvil Cell,简称DAC)

 

 

 


2、充氩装置

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3、长焦显微镜
 
 
七、联系方式
 

李晓东 副研究员 电话:010-88235981  Email:lixd@ihep.ac.cn 

刘  景 研究员   电话:010-88235981  Email:liuj@ihep.ac.cn

李延春 副研究员 电话:010-88235981  Email:liyc@ihep.ac.cn 

通信地址:北京918信箱,中国科学院高能物理研究所高压实验站, 100049

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