Category Archives: ФОП.17.03

Разработка методов изучения поведения вещества в экстремальных условиях: высокие давления и температуры / Development of Methods of Studying the Behavior of the Substance in Extreme Conditions: High Pressure and High Temperature

Булатов К.М. / Bulatov, K.M.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS
Быков А.А. / Bykov, A.A.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН; Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS
Гапонов М.И. / Gaponov, M.I.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS
Зинин П.В. / Zinin, P.V.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS
Кутуза И.Б. / Kutuza, I.B.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS
Мачихин А.С. / Machihin, A.A.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН; Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Московский энергетический институт) / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS
Мантрова Ю.В. / Mantrova, Y.V.
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН / Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation RAS
Выпуск в базе РИНЦ
Булатов К.М., Быков А.А., Гапонов М.И., Зинин П.В., Кутуза И.Б., Мачихин А.С., Мантрова Ю.В. Разработка методов изучения поведения вещества в экстремальных условиях: высокие давления и температуры // Физические основы приборостроения. 2017. Т. 6. № 3(25). С. 72–82. DOI: 10.25210/jfop-1703-072082
Bulatov, K.M., Bykov, A.A., Gaponov, M.I., Zinin, P.V., Kutuza, I.B., Machihin, A.A., Mantrova, Y.V. Development of Methods of Studying the Behavior of the Substance in Extreme Conditions: High Pressure and High Temperature // Physical Bases of Instrumentation. 2017. Vol. 6. No. 3(25). P. 72–82. DOI: 10.25210/jfop-1703-072082


Аннотация: В 2016 году в Научно-технологическом центре уникального приборостроения РАН (НТЦ УП РАН) была создана лаборатория спектроскопии экстремального состояния вещества, основными направлениями деятельности которой являются разработка новых приборов и методов исследований вещества при высоких давлениях и температурах, а именно (а) создание установки для лазерного нагрева вещества, находящегося в ячейках высокого давления, (б) разработка методов измерения распределения температуры и излучательной способности вещества при лазерном нагреве, (в) создание установки для измерения упругих свойств минералов и функциональных материалов при высоких давлениях и температурах, (г) спектральные исследования при высоких давлениях (комбинационное рассеяние, флуоресценция и др.). За истекший период была создана установка лазерного нагрева в ячейке высокого давления. Лазерный нагрев основан на освещении лазером инфракрасного (ИК) диапазона поглощающего образца, установленного в алмазную наковальню. Распределение температуры в области нагрева очень неоднородно, и традиционные спектрометры с одноэлементным приемником позволяют измерить лишь среднюю по образцу величину. В настоящей работе описан акустооптический видео спектрометр, позволяющий измерять температуру нагретого тела, находящегося в ячейке высокого давления с разрешением в 2 микрона.
Abstract: Тhe laboratory of spectroscopy of the matter under extreme conditions was created at the Scientific and Technological Center of Unique Instrumentation, Russian Academy of Sciences. The main direction of the laboratory is development of new instruments and methods for investigation of matter at high pressures and temperatures. A laser heating set-up of materials under high pressure was installed in the laboratory. A unique method of measuring the temperature distribution and emissivity of a specimen in a high pressure cell under laser heating was developed. Experiments on measuring the elastic properties of minerals and functional materials under extreme conditions conducted together with the University of Hawaii using laser ultrasonics technique was also described.
Ключевые слова: высокая темпе- ратура, упругие свойства, распеределение темпера- туры, излучательная способность, high pressure, high temperature, elastic properties, temperature distribution, высокая темпе- ратура


Литература / References
  1. Eremets, M.I., Troyan, I.A. Conductive dense hydrogen // Nature Materials. 2011. 10(12). P. 927.
  2. Troyan, I., A. Gavriliuk, R. Ruffer, A. Chumakov, A. Mironovich, et al. Observation of superconductivity in hydrogen sulfide from nuclear resonant scattering // Science. 2016. 351(6279). P. 1303.
  3. Drozdov, A.P., M.I. Eremets, I.A. Troyan, V. Ksenofontov, S.I. Shylin, Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system // Nature. 2015. 525(7567). P. 73.
  4. Ekimov, E.A., V.A. Sidorov, E.D. Bauer, N.N. Mel’nik, N.J. Curro, et al., Superconductivity in diamond // Nature. 2004. 428. P. 542
  5. Burgress, K., V. Prakapenka, E. Hellebrand, P.V. Zinin, Elastic characterization of platinum/rhodium alloy at high temperature by combined laser heating and laser ultrasonic techniques // Ultrasonics. 2014. 54. P. 963.
  6. Zinin, P.V., V. Prakapenka, K. Burgess, S. Odake, N. Chigarev, S. Sharma, Combined Laser Ultrasonics, Laser Heating and Raman Scattering in Diamond Anvil Cell System // Review of Scientific Instruments, 2016. 87(12). P. 123908.
  7. Chigarev, N., P. Zinin, M. Li-Chung, G. Amulele, A. Bulou, V. Gusev, Laser generation and detection of longitudinal and shear acoustic waves in a diamond anvil cell // Applied Physics Letters, 2008. 93(18). P. 181905.
  8. Zinin, P.V., N. Chigarev, D. Mounier, A. Bulou, L.C. Ming, et al., Evaluation of elastic properties of iron in diamond anvil cell by laser ultrasonics technique // Journal of Physics: Conference Series. 2010. 215(1). P. 012053.
  9. Chigarev , N., Zinin, P., Mounier, D., Bulou, A., Zerr, A., et al. Laser ultrasonic measurements in a diamond anvil cell on Fe and the KBr pressure medium // Journal of Physics: Conference Series, 2011. 278. P. 017012.
  10. Zinin, P.V., Y.S. Liu, K. Burgess, J. Ciston, R. Jia, et al. Elastic properties, sp3 fraction, and Raman scattering in low and high pressure synthesized diamond-like boron rich carbides // Journal of Applied Physics, 2014. 116(13). P. 9.
  11. Zinin, P.V., Ryabova, A.V., Davydov, V.A., Khabashesku, V., Boritko, S., et al., Anomalous fluorescence of the spherical carbon nitride nanostructures. Chem. Phys. Lett., 2015. Vol. 633. P. 95.
  12. Zinin, P., Liu, X.R., Jia, R., Sharma, S.K., Ming, L.C., et al. Bonding, elastic and vibrational properties in low and high pressure synthesized diamond-like BCx phases //Journal of Physics: Conference Series. 2017. Т. 950. No. 4. P. 042050.
  13. Riedel, R., Wiehl, L., Zerr, A., Zinin, P., Kroll, P. Superhard Materials, in Handbook of Solid State Chemistry, S.K.E. Richard Dronskowski (Editor), Andreas Stein (Editor) Editor. 2017, Wiley. p. 145.
  14. Bassett, W.A. Diamond anvil cell, 50th birthday. High Pres. Res., 2009. 29(2). P. CP5.
  15. Блок С., Пьермариии Г. Алмазные наковальни открывают новые возможности в физике высоких давлений // Успехи физических наук. 1979. 127(4). С. 706.
  16. Dubrovinsky, L., Dubrovinskaia, N., Prakapenka, V.B., and Abakumov, A.M. Implementation of micro-ball nanodiamond anvils for high-pressure studies above 6 Mbar // Nat. Commun., 2012. 3. P. 7.
  17. Bassett, W.A. The birth and development of laser heating in diamond anvil cells // Rev. Sci. Instrum., 2001. 72(2). P. 1270.
  18. Ming, L.C., Bassett, W.A. Laser heating in the diamond anvil press up to 2000°C sustained and 3000°C pulsed at pressures up to 260 kilobars // Review of Scientific Instruments, 1974. 45(9). P. 1115.
  19. Goncharov, A.F., Montoya, J.A., Subramanian, N., Struzhkin, V.V., Kolesnikov, A., et al. Laser heating in diamond anvil cells: developments in pulsed and continuous techniques // Journal of Synchrotron Radiation, 2009. 16. P. 769.
  20. Heinz, D.L., Jeanloz, R. Temperature measurements in the laser-heated diamond cell, in High-Pressure Research in Mineral Physics, Y. Syono, Editor. 1987. American Geophysical Union: Washington, D. C. P. 113.
  21. Prakapenka, V.B., Kubo, A., Kuznetsov, A., Laskin, A., Shkurikhin, O., et al. Advanced flat top laser heating system for high pressure research at GSECARS: application to the melting behavior of germanium // High Pressure Research, 2008. 28(3). P. 225.
  22. Kavner, A.W., Panero, R. Temperature gradients and evaluation of thermoelastic properties in the synchrotron-based laser-heated diamond cell // Phys. Earth Planet. Inter., 2004. 143-44. P. 527.
  23. Campbell, A.J., Measurement of temperature distributions across laser heated samples by multispectral imaging radiometry // Rev Sci Instrum, 2008. 79(1). P. 015108.
  24. Machikhin, A.S., P.V. Zinin, A.V. Shurygin, Acousto-optic Imaging System for In-situ Measurement of the High Temperature Distribution in Micron-size Specimens // Physics Procedia, 2015. 70. P. 733.
  25. Machikhin, A.S., P.V. Zinin, A.V. Shurygin, D.D. Khokhlov, Imaging system based on a tandem acousto-optical tunable filter for in situ measurements of the high temperature distribution // Opt. Lett. 2016. 41(5). P. 901.
  26. Machikhin, A.S., Batshev, V.I., Zinin, P.V., Shurygin, A.V., Khokhlov, D.D., et al. Acousto-optic videospectrometry for measuring the spatial temperature distribution in microobjects. Instruments and Experimental Techniques, 2017. 2. P. 401-406.DOI: 10.1134/S0020441217020105ID
  27. Bykov, A.A., Kutuza, I.B., Zinin, P.V., Machikhin, A.S., Troyan, I.A., et al. Combined laser heating and tandem acousto-optical filter for two-dimensional temperature distribution on the surface of the heated microobject // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. In Press.
  28. Birch, F., Elasticity and constitution of the Earth’s interior // J. Geophys. Res. , 1952. 57. P. 227.
  29. Chigarev, N., Zinin, P., Ming, L.C., Amulele, G., Bulou, A., and Gusev, V. Laser generation and detection of longitudinal and shear acoustic waves in a diamond anvil cell // Appl. Phys. Lett., 2008. 93(18). P. 181905.
  30. Chigarev, N., Zinin, P., Mounier, D., Bulou, A., Ming, L.C., et al. Analysis of ultrasonic echoes induced by pulsed laser action on iron film in a diamond anvil cell // High Pressure Research, 2010. 30(1). P. 78.
  31. Zinin, P.V., Chigarev, N., Mounier, D., Bulou, A., Ming, L.C., et al. Evaluation of elastic properties of iron in diamond anvil cell by laser ultrasonics technique // J. Phys.: Conf. Ser. 2010. 215(1). P. 012053.
  32. White, R.M., Generation of Elastic Waves by Transient Surface Heating // J. Appl. Phys., 1963. 34(12). P. 3559.
  33. Auld, B.A., Acoustic fields and Waves in Solids. Vol. II. Malabar, Florida: Robert E. Krieger Publishing Company. 1990.
  34. Burgess, K., V. Prakapenka, E. Hellebrand, P.V. Zinin, Elastic characterization of platinum/rhodium alloy at high temperature by combined laser heating and laser ultrasonic techniques // Ultrasonics, 2014. 54(4). P. 963.