《XFEL首次利用钻石对顶砧进行极端条件实验》

  • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
  • 编译者: 魏韧
  • 发布时间:2020-03-21
  • 2019年12月9日,欧洲X射线自由电子激光设施(XFEL)网站报道,XFEL首次利用钻石对顶砧(DAC)进行极端条件实验,称此次实验是极端条件科学的里程碑,为高压研究开辟了新的视野。

    钻石对顶砧属于高压研究人员使用的标准仪器。在其中,两个小的超硬钻石对顶砧压缩微小的样本,产生诸如地球内部普遍存在的压力。地球科学家可以模拟地球内部的状况,并获得有关地球核心和地幔的重要信息。

    这些实验得益于XFEL发出的X射线激光的快速脉冲速率,它每秒可产生多达27,000次闪光。 德国电子同步加速器亥姆霍兹国际极限场束线小组负责人Cornelius Strohm说,这只有在XFEL设施中才有可能实现,只有XFEL可在短时间内连续提供足够数量的高能量X射线闪光。高光子能量为科学家提供了更多的细节,以便其更好地进行样品的结构分析。

    在欧洲X射线自由电子激光设施的第一批钻石对顶砧实验中,该团队最初将重点放在系统研究上,作为未来实验的基础。例如,研究人员用自由电子激光设施的超强X射线脉冲测试了钻石对顶砧是否能够承受多次照射,样品是否以及如何能够被第一个X射线脉冲加热,然后紧接着用另一个脉冲检查,观察到的温度如何依赖于脉冲之间的时间间隔,以及强烈的X射线闪光是否引发样品与压力传递介质或钻石之间的化学反应。

    虽然研究人员刚刚开始对大量数据进行详细评估,但他们已经可以报告初步的观测结果:压力高达一百万大气压的钻石对顶砧确实能够承受自由电子激光设施发出的超强X射线的多次照射。适当的样品可以被X射线束强烈加热,在某些情况下还会熔化。最后,利用X 线诱导和观察样品内部的化学反应和相变。

  • 原文来源:;https://www.xfel.eu/news_and_events/news/index_eng.html?openDirectAnchor=1740&two_columns=0
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    • 欧洲硬X射线自由电子激光装置(EuXFEL)X射线激光为高压研究开辟了新的视野:国际团队首次使用强激光脉冲在X射线激光中加热和分析了钻石对顶砧中(DAC)的样品。 钻石对顶砧属于高压研究人员使用的标准仪器。其中两个小的超硬钻石对顶砧压缩微小的样本,产生诸如地球内部普遍存在的压力。地球科学家可以模拟地球内部的状况,并获得有关地核和地幔的重要信息。到目前为止,仅在诸如PETRA III之类的存储环上使用了钻石对顶砧,直到最近才把它们放入更强的自由电子激光中。 在EuXFEL的高能量密度(HED)仪器中,研究人员首次使用新的相互作用腔,这是专为在X射线激光下用钻石对顶砧实验设计的。目前,只有EuXFEL能够提供能量足够高的硬X射线,能够轻易穿透钻石对顶砧。真空腔的特点是有一个转轮,可容纳6个DACs进行快速交换,优化光束时间,有两个大面积的探测器用于记录衍射图,以及一个光学系统,用于成像样品和非接触(高温)温度测量。 这个复杂的装置是由德国电子同步加速器研究所开发,它是亥姆霍兹国际极限场束线(HIBEF)联盟的一部分。该联盟在亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫研究中心(HZDR)领导下,将一些研究所联合起来,利用合作伙伴的专业知识和EuXFEL的特性,在极端条件下进行独一无二的实验。 另外,这些实验得益于欧洲X射线激光的快速脉冲速率,它每秒可产生27000次闪光。当第一次X射线闪光加热并熔化钻石对顶砧中被压缩的样品时,随后的闪光可以精确地测量样品中的变化——甚至在样品与钻石对顶砧发生反应之前。这只有在EuXFEL中才有可能实现,只有它可以在短时间内连续提供足够数量的高能量X射线闪光。高光子能量为科学家提供了更多的细节,可以更好地进行样品结构分析。 在EuXFEL第一批钻石对顶砧实验中,最初该团队将重点放在系统研究上,作为未来实验的基础。例如,研究人员用EuXFEL的强烈X射线脉冲测试了钻石对顶砧是否能够承受多次照射,样品是否以及如何被第一个X射线脉冲加热,然后紧接着用另一个脉冲检查,观察到的温度如何依赖于脉冲的时间间隔,以及强烈的X射线闪光是否引发样品与压力传递介质或钻石之间的化学反应。 初步的观测结果为,压力高达一百万大气压的钻石对顶砧确实能够承受EuXFEL光束的多次照射。适当的样品可以被X射线束强烈加热,在某些情况下还会熔化。利用X射线可诱导和观察样品内部的化学反应和相变。为了探索EuXFEL中钻石对顶砧研究的全部潜力,研究人员已经提交了进一步实验的建议。
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