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在DESY的x射線光源PETRA III上，一種新的超高速高壓設(shè)備可以讓科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中更真實(shí)地模擬和研究地震及小行星撞擊。新一代動(dòng)態(tài)金剛石砧芯(dDAC)由勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)、DESY、歐洲同步加速器輻射源ESRF以及牛津大學(xué)、拜羅伊特大學(xué)和法蘭克福/Main大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)，比以往任何類似設(shè)備壓縮樣品的速度都要快。該儀器能以創(chuàng)紀(jì)錄的16億大氣壓/秒(TPa/s)的速度提高壓力，可用于大范圍的動(dòng)態(tài)高壓研究。 開發(fā)人員在《科學(xué)儀器評(píng)論》上展示了他們的新設(shè)備，該設(shè)備已經(jīng)在各種材料實(shí)驗(yàn)中證明了它的能力。來自LLNL的首席作者Zsolt Jenei說：半個(gè)多世紀(jì)以來，金剛石砧芯或DAC一直是制造靜態(tài)高壓的主要工具，用于研究在那些極端條件下材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，例如探索地球中心350萬大氣壓下材料的物理特性。為了在實(shí)驗(yàn)室中更真實(shí)地模擬地震和小行星撞擊等快速動(dòng)態(tài)過程，并獲得更高的壓縮率，Jenei團(tuán)隊(duì)與DESY的科學(xué)家合作。 受開創(chuàng)性原始LLNL設(shè)計(jì)的啟發(fā)，現(xiàn)在開發(fā)了新一代動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)金剛石砧芯(dDAC)，并將其與PETRA III的Beamline P02.2極端條件下新的快速x射線衍射設(shè)置相結(jié)合。新動(dòng)態(tài)金剛石砧單元由兩個(gè)小的修改輝煌的鉆石，由一個(gè)強(qiáng)大的壓電電力驅(qū)動(dòng)推到一起。由于改進(jìn)，如更強(qiáng)的壓電驅(qū)動(dòng)器和快速，高峰值電流放大器，新設(shè)備能夠壓縮鉆石砧之間微小樣本比以前的儀器快一千多倍。為了研究材料在高壓下物理性質(zhì)的變化，科學(xué)家們用x射線照射小樣本，并記錄x射線被材料衍射的方式。 這些衍射圖樣可以用來計(jì)算材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而，要拍攝高速動(dòng)態(tài)過程的快照，x射線閃光必須足夠亮，而相機(jī)(探測器)必須足夠快。自從dDAC在實(shí)驗(yàn)室首次發(fā)明以來，近十年來，由于缺乏光子通量和更重要的快速、高靈敏度的高能x射線衍射探測器，進(jìn)行快速衍射實(shí)驗(yàn)變得極其困難。只有隨著像PETRA III這樣非常明亮的第三代x射線源出現(xiàn)，以及像DESY探測器組發(fā)明的砷化鎵(GaAs) Lambda探測器這樣的高靈敏度相機(jī)發(fā)展，才有可能收集具有足夠短曝光時(shí)間和時(shí)間分辨率的衍射圖像。 DESY極端條件波束線(ECB)擁有世界上最早的兩個(gè)GaAs Lambda探測器。負(fù)責(zé)歐洲央行的beamline科學(xué)家漢斯-彼得·利爾曼(hans - peter Liermann)表示：通過延遲0.25毫秒觸發(fā)它們，每秒能夠收集多達(dá)4000幀圖像。探測器是由德國聯(lián)邦教育和研究部BMBF授予法蘭克福歌德大學(xué)的一項(xiàng)聯(lián)合研究項(xiàng)目資助。該項(xiàng)目的研究人員通過對(duì)金、鉍等重金屬、冰(H2O)等輕化合物以及鐵周長石(Mg0.8Fe0.2)O等行星材料的快速壓縮研究，證明了該實(shí)驗(yàn)裝置的性能和通用性。 在對(duì)金進(jìn)行快速衍射實(shí)驗(yàn)的過程中，研究小組發(fā)現(xiàn)壓力在2.5毫秒內(nèi)就從1000個(gè)大氣壓增加到了140萬個(gè)大氣壓，最大壓縮速率為160 TPa/s。在這極短的時(shí)間內(nèi)，探測器在整個(gè)壓縮路徑上收集了8個(gè)衍射圖樣。相信，利用現(xiàn)有的設(shè)備，可以把壓縮速率提高到每秒幾千兆帕。然而，這將需要更明亮的x射線閃光和更快的照相機(jī)，如計(jì)劃將PETRA III升級(jí)為下一代x射線源PETRA IV和歐洲x射線激光器歐洲XFEL的高能密度實(shí)驗(yàn)站(HED)， DESY正在參與建立一個(gè)dDAC裝置，作為Helmholtz國際極限場束線(HIBEF)的一部分。
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