Temperatures.ru Дискуссионный форум temperatures.ru
все о датчиках температуры - первый универсальный русскоязычный портал
 
 FAQFAQ   ПоискПоиск   ПользователиПользователи   ГруппыГруппы   РегистрацияРегистрация 
 ПрофильПрофиль   Войти и проверить личные сообщенияВойти и проверить личные сообщения   ВходВход 

Семинар по температурным измерениям (ИФВД РАН)

 
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Дискуссионный форум temperatures.ru -> СЕМИНАРЫ и СОВЕЩАНИЯ
Предыдущая тема :: Следующая тема  
Автор Сообщение
Александр Магунов



Зарегистрирован: 23.03.2008
Сообщения: 91

СообщениеДобавлено: Чт Окт 21, 2010 12:43 am    Заголовок сообщения: Семинар по температурным измерениям (ИФВД РАН) Ответить с цитатой

Институт физики высоких давлений РАН
г. Троицк, МО, Калужское шоссе, 12

Глубокоуважаемые коллеги,
в понедельник, 25 октября 2010 года, в 14.00 в Конференц-зале состоится очередное заседание Общеинститутского семинара.

Повестка дня:
А.Н. Магунов (НИИ перспективных материалов и технологий)

Спектральная пирометрия в алмазных наковальнях с лазерным нагревом образца (обзор литературы).

Предмет обзора – новый метод измерения температуры объектов с неизвестной излучательной способностью путем регистрации и обработки спектров теплового излучения.

Традиционные методы оптической пирометрии (яркостная на одной длине волны и цветовая на двух длинах волн) позволяют измерять температуру нагретых объектов, если их оптические свойства заранее изучены. Во многих исследованиях и новых технологиях необходимы методы термометрии, не требующие предварительного изучения оптических свойств объектов. Результат измерения температуры должен быть нечувствителен к величине коэффициента черноты, его спектральной и температурной зависимости.

Усовершенствование оптической пирометрии связано с появлением CCD-спектрометров, позволяющих одновременно измерять интенсивность излучения в тысячах точек по спектру. Дефицит исходных данных по излучательной способности объекта компенсируется спектральными данными. Сравнивая полученный спектр с планковским спектром излучения черного тела, во многих случаях можно убедиться, что спектры подобны хотя бы в некоторых участках, т.е. объект является серым излучателем. При этом искомая температура объекта определяется как параметр наблюдаемого распределения интенсивности. Никакие данные об излучательной способности объекта не требуются.

Наиболее широкое применение спектральной пирометрии связано с измерением температуры веществ, сжатых в алмазных наковальнях и нагреваемых лазерным излучением при решении задач физики высоких давлений и геофизики. Разработаны способы проверки точности спектральной пирометрии по реперным точкам и с помощью независимых методов. Диапазон температур, измерение которых проведено в наковальнях, от 400 до 7000 К.

Обсуждаются полученные результаты. Рассматриваются проблемы спектральной пирометрии: особенности измерений температуры неоднородно нагретых и селективно излучающих объектов; неясность механизмов формирования сплошного спектра теплового излучения широкозонных материалов; источники ошибок измерений (хроматические аберрации в алмазе, поглощение в коротковолновой области спектра, градиенты температур и др.).

Приглашаются все сотрудники института.
Проф. В.Рыжов, зам. директора ИФВД РАН
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Александр Магунов



Зарегистрирован: 23.03.2008
Сообщения: 91

СообщениеДобавлено: Вт Окт 26, 2010 12:35 pm    Заголовок сообщения: Семинар Ответить с цитатой

Вчера прошел семинар в ИФВД, было около 50 сотрудников института. Сообщение включало разделы: 1) принципы измерения температуры по спектру, зарегистрированному в широком интервале длин волн; 2) области применения спектральной пирометрии; 3) схема установки с алмазными наковальнями и лазерным нагревом образца; 4) основные исследовательские группы, применяющие алмазные наковальни с лазерным нагревом образца; 5) примеры экспериментальных спектров теплового излучения образцов в алмазных наковальнях; 6) некоторые результаты измерений в алмазных наковальнях; 7) причины систематических ошибок при измерении температур в алмазных наковальнях и способы их исключения или уменьшения.

В алмазных наковальнях изучают поведение вещества при высоких статических давлениях и температурах. Образец размером порядка 0.1 мм сжимают до давлений 0.1-3.5 млн атм и нагревают лазером мощностью 10-100 Вт. Одним из первых результатов лазерного нагрева образца, сжатого примерно до 100 тыс атм в алмазных наковальнях (1968 г.), было превращение графита в алмаз, температуру образца тогда измерять не умели. В настоящее время диапазон температур образца в алмазных наковальнях - от 400 до 8000 К, в этом состоянии образец может находиться часами (все время, пока включен лазер). Объем образца при сильном сжатии уменьшается в 2-4 раза. Прозрачность алмазных наковален в оптическом (от УФ до дальнего ИК) и рентгеновском диапазонах спектра (при энергиях квантов более 4-5 кэВ) позволяет одновременно проводить изучение свойств вещества как оптическими, так и рентгеновскими методами. Оптические свойства материалов при высоких давлениях и температурах, как правило, неизвестны.

В сообщении подробно рассматривались источники систематических ошибок. Например, при измерении температуры по оптическому спектру неоднородно нагретого объекта можно получить любую температуру, лежащую между максимальным и среднеарифметическим значением; влияние сильной дисперсии света в алмазе на перенос излучения от неоднородно нагретого образца к спектрометру проявляется в том, что имеются различия между данными разных авторов: например, измеренная разными авторами температура плавления железа при давлении 100 ГПа (1 млн атм) лежит в интервале от 2500 до 4000 К, т.е. отличия достигают 1500 К.

Вопросы по обзору литературы касались нижней границы диапазона измеряемых температур, погрешностей измерений, методов их экспериментального определения, методов обработки первичного спектра.

Руководство института надеется создать установку с лазерным нагревом образца, сжатого в алмазных наковальнях, и измерением температуры по спектру теплового излучения. Пока что в России нет ни одной такой установки, хотя исследования с алмазными наковальнями проводятся давно (без нагревания образца).
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Моисеева
Site Admin


Зарегистрирован: 13.09.2007
Сообщения: 278
Откуда: ВНИИМ им. Д.И. Менделеева

СообщениеДобавлено: Вт Окт 26, 2010 2:01 pm    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Александр Николаевич,

Пожалуйста, если можно немного расскажите, в чем польза алмазных наковален, как они могут применяться. Желательно, чтобы было понятно всем. Какое значение здесь имеет точное измерение температуры. Сейчас все говорят о коммерциализации науки. Есть здесь какие-то перспективы? Спасибо.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail
Александр Магунов



Зарегистрирован: 23.03.2008
Сообщения: 91

СообщениеДобавлено: Ср Окт 27, 2010 12:31 am    Заголовок сообщения: Алмазные наковальни Ответить с цитатой

Алмазные наковальни – это настольная установка для достижения высоких давлений. Наковальни массой от 10 до 100 мг (от 0.05 до 0.5 карата) изготовляют из природного или синтетического монокристалла. Применяют наковальни с бриллиантовой огранкой, но вместо нижней вершины бриллианта делается дополнительная нижняя грань, сжимающая исследуемый образец. Примерные размеры наковальни: диаметр площадки (верхней грани) алмаза 1 мм, диаметр в области пояса (разделяющего нижнюю и верхнюю часть наковальни) 1.5 мм, высота 1 мм, диаметр нажимной грани 0.3-0.5 мм.

Две наковальни обращены друг к другу меньшими основаниями, к большим основаниям приложены сжимающие усилия. Между наковальнями помещен слой пластичного металла (рений, сталь и др.) толщиной 30-300 мкм, в котором имеется отверстие диаметром 100-200 мкм для образца. Образец помещается между наковальнями в среду, передающую давление (NaCl, KBr, Al2O3, He, Ne, Xe, смесь этанола с метанолом и др.). Характерные размеры образцов, сжимаемых в алмазных наковальнях, порядка 100 мкм, их толщины от 1 мкм до десятков мкм.

Наковальни заключены в металлическую ячейку, состоящую из опорного диска и двух нажимных дисков. Повышение давления достигается с помощью нескольких нажимных винтов. Малый размер нажимной грани дает возможность достигать давлений порядка 100 ГПа (1 млн атм) при нагрузке, сжимающей наковальни, составляющей всего несколько кН. Используется то, что алмаз является самым твердым из известных материалом и не испытывает пластических деформаций при сжатии любого другого материала. Давление измеряют по положению линии фотолюминесценции рубина размером примерно 10 мкм, помещенного между наковален рядом с исследуемым образцом. Люминесценция возбуждается излучением аргонового лазера.

Исследуемый образец подвергают сжатию в алмазных наковальнях до давлений 10 – 350 ГПа и определяют параметры уравнения состояния и температуры фазовых переходов. Диапазон давлений соответствует условиям как в мантии, так и внутри земного ядра (расчетное давление в центре Земли p = 350 ГПа или 3.5 млн атм). Мощные огромные гидравлические прессы не позволяют достигать таких давлений.

Таким образом, изучить поведение любого вещества в глубине Земли можно с помощью небольшого пресса, состоящего из двух алмазных наковален. Стоимость пресса (без лазера и др.) составляет примерно 300000 тыс руб. Начинающий исследователь запросто ломает наковальни, работа с ними требует навыков и осторожности (алмаз - родной брат кремния и германия, т.е. хрупкий материал).

Состояние любого вещества описывается переменными “давление – температура”. При одних условиях сжатое вещество находится в твердом состоянии, при других – в жидком. Все жидкости и почти все газы (аргон, азот и др.) становятся твердыми при комнатной температуре и давлениях выше 25-30 тыс атм. При нагревании сжатые твердые вещества плавятся. При сильном сжатии некоторые вещества становятся сверхпроводниками.

Если точно измерять температуру веществ, сжатых и нагретых в наковальнях, можно выяснить, в каком состоянии находятся различные вещества в глубинах Земли, когда и как они вступают в химические реакции. Состав и строение внутренних областей Земли – важнейшая задача геофизики. А во Вселенной более 90% вещества находится при давлениях выше 1 ГПа (10 тыс атм). Если температуры плавления многих веществ при нормальных условиях известны с высокой точностью, то при высоких давлениях точность падает из-за сложности измерений, и ее надо улучшать.

О перспективах коммерциализации результатов таких исследований не знаю ничего.

Забавная история про алмаз.
Первую часть слышал от знакомого в начале 80-х. В 70-е годы в университетской лаборатории один физик полировал алмаз для исследований, второй ходил по лаборатории, курил и балагурил, остальные сидели на своих местах. Балагур заглянул через плечо того, кто полировал, и случайно ткнул его в ухо горящей сигаретой. Тот от боли дернулся, при этом алмаз выскочил из зажима и куда-то укатился. Его искали до вечера, потом еще целый день, все передвинули в лаборатории, вымели и просеяли мусор, но алмаз не нашли. Были последствия (какие-то взыскания, лишение премии). Так алмаз и погиб.
Вторую часть слышал от другого знакомого, закончившего ту же кафедру тремя годами позже. В их лаборатории работал пожилой доцент, и однажды жена выстирала ему брюки, в которых он ходил на работу. Брюки были старые, с манжетами. Женщина стала гладить брюки, но что-то попадало под утюг и мешало. Она посмотрела и сказала мужу, что у него за манжет попал обточенный кусочек стекла. Доцент задумался, потом вскочил и закричал, что это никакое не стекло. Так алмаз был чудесно обретен заново и спасен для науки.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Моисеева
Site Admin


Зарегистрирован: 13.09.2007
Сообщения: 278
Откуда: ВНИИМ им. Д.И. Менделеева

СообщениеДобавлено: Ср Окт 27, 2010 11:17 am    Заголовок сообщения: Ответить с цитатой

Александр Николаевич,

Спасибо за подробное объяснение. Как я поняла, исследование состояния вещества при очень высоких давлениях – это особая область фундаментальных исследований. Полученные результаты представляют огромный интерес для геофизиков и в дальнейшем возможно приведут с созданию новых материалов.
Немного озадачивает тот факт, что образцы в наковальнях имеют очень малые размеры. Как это может повлиять на температуры их плавления? Это конечно не нанометры, но уже близко к тому. У нас в разделе «интересные факты» есть статья «заглянем в наномир» http://temperatures.ru/intfact/intfact.php?page=11 . Там как раз рассказано, что размер в нанообласти оказывает сильное влияние на температуры фазовых переходов.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение Отправить e-mail
Александр Магунов



Зарегистрирован: 23.03.2008
Сообщения: 91

СообщениеДобавлено: Ср Окт 27, 2010 8:33 pm    Заголовок сообщения: Влияние размера на температуру плавления Ответить с цитатой

Наталия Павловна, существенное снижение температуры плавления наблюдается тогда, когда число атомов на поверхности составляет заметную долю от полного числа атомов в частице.
Для крупной наночастицы диаметром 100 нм (состоит из более чем 10 млн атомов, доля поверхностных атомов примерно 0.003) эффект понижения температуры пренебрежимо мал. При диаметре наночастицы 2 нм (состоит из 200-700 атомов, доля поверхностных атомов около 0.2) снижение температуры плавления достигает сотен градусов.

В алмазных наковальнях размеры образцов – от 30 до 100 мкм, т.е. на 3 порядка больше, чем у самых крупных наночастиц (100 нм), поэтому плавление образцов в наковальнях от размера не зависит и происходит при той же температуре, что и плавление куска вещества размером 1, 10 или 100 см.
Вернуться к началу
Посмотреть профиль Отправить личное сообщение
Показать сообщения:   
Начать новую тему   Ответить на тему    Список форумов Дискуссионный форум temperatures.ru -> СЕМИНАРЫ и СОВЕЩАНИЯ Часовой пояс: GMT + 4
Страница 1 из 1

 
Перейти:  
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах


Powered by phpBB © 2001, 2002 phpBB Group
subRed style by ktauber
Русская поддержка phpBB