الأجهزة المستخدمة في أبحاث الضغط العالي

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الرابع

KFAS

الأجهزة المستخدمة في أبحاث الضغط العالي الضغط العالي علوم الأرض والجيولوجيا

تتطلب أبحاث الضغط العالي وضع العينة تحت ضغوط ودرجات حرارة عالية جداً، وذلك للحصول على تغيرات ملحوظة.

ولهذا فإن الجهاز المستخدم في مثل هذه التجارب يجب أن يكون مصنوعاً من مادة قوية وثابتة وتتحمل الضغط المرتفع والحرارة العالية، ويعود الفضل في تصنيع مثل هذه الأجهزة، وبالتالي في إجراء أبحاث الضغط العالي، إلى وجود السبائك التي تتحمل ضغوطاً مرتفعة جداً.

ويمكن تقسيم أجهزة الضغط العالي إلى أربعة أنواع حسب الضغط المستخدم وقيمته ومصدر الحرارة ومقدارها. و

 

فيما يلي استعراض لأنواع أجهزة الضغط العالي المستخدمة في البحث حتى الآن:

1- وعاء الضغط ذو الأنبوب شديد الإحكام: Cold Seal Test– Tube Pressure Vessel

يتكون هذا الجهاز من وعاء سسميك وقوي يوضع بداخله أنبوب قوي أيضاً يوجد بداخله كبسولة العينة، كما هو موضح بالشكل رقم (2).

ويستخدم هذا الجهاز في أبحاث الضغط العالي للحصول على ضغط يصل إلى 500 ضغط جوي ودرجة حرارة تعادل 100ºس.

إلا أنه باستعمال سدادات باردة ومتطورة أصبح بالإمكان الوصول إلى ضغط يعادل 10.000 ضغط جوي تحت درجة حرارة 750ºس، ويستخدم هذا الجهاز لدراسة خواص متعددة للمادة من بينها الإذابة واللزوجة والانصهار والتمدد الحراري.

 

2- جهاز الضغط الهيدروليكي المحوري:

تم تطوير هذا الجهاز من تصاميم عالم مشهور ورائد في هذا المجال هو بردجمان، حيث تستخدم رافعة هيدروليكية تضغط في اتجاهين متضادين على محور واحد، على عينة صغيرة موضوعة في حلقة معدنية من النيكل مبطنة برقائق من البلاتين ومحصورة بين سندانين معدنيين قويين.

وهنا يمكن الحصول على ضغط يصل إلى 60.000 ض.ج ودرجة حرارة 650ºس.

 

وباستخدام سندانات متطورة من سبائك الحديد والتنجستون الكربوني يمكن الوصول إلى ضغط 200.000 ضغط جوي، وعند استخدام سندانات مصنوعة من الألماس يمكن تحليل العينة بالأشعة السينية ودراسة خواصها الضوئية تحت ضغط يتراوح ما بين 200.000 إلى 300.000 ضغط جوي.

وقد تمكن العالم دريكامر من الوصول إلى ضغط 500.000 ض. ج. بإضافة كلوريد الصوديوم إلى السندانات تحت ضغط عالي.

 

3- الجهاز السنداني داخلي التسخين ذو الأسطوانة المدعمة (شكل 3)

أول من وضع تصاميم النماذج الأولية لهذا الجهاز هو العالم كوز، حيث تستطيع تحمل ضغط يصل إلى 60.000 ض. ج.تحت حرارة 2000ºس.

وقد تم تحسين هذا الجهاز فيما بعد، إذ صممت أجهزة مماثلة ذات ضغوط أعلى حيث صنعت أجهزة متطورة ذات سندانات متعددة (شكل 4، 5) وقد استخدمت هذه الأجهزة في تصنيع الماس.

 

 

4- أجهزة الضغط العالي ذات الأمواج الصدامية:

تستخدم في هذا النوع من الأجهزة طاقة الأمواج الصدامية لإنتاج الضغوط العالية، حيث يتم تفجير كبسولات تنتج ضغطاً كبيراً يتراوح ما بين جزء من المليون وعدة ملايين من الضغط الجوي.

إلا أن لهذا النوع من الأجهزة سلبيات تقلل من أهميتها، وأهمها صعوبة قياس درجة الحرارة أو حتى حسابها.

وكذلك فإن التجربة تتم في زمن سريع جداً تقدر بأجزاء من الألف من الثانية، مما يحول دون إعادة ترتيب الذرات في التراكيب البلورية للمادة قيد الدراسة.

 

ومع أن أسلوب الضغط وقيمته في هذه الأجهزة تكاد تحاكي ما يحدث في الطبيعة عند اصطدام نيزك بسطح الأرض أو عند التفجير النووي.

إلا أنه لم يكن بالإمكان الحصول بواسطة الأجهزة الصدامية على بعض المواد والمعادن التي اكتشفت في تلك الأماكن، مثل بعض أشكال السيليكا الكثيفة المسمى كوزيت، والذي يمكن تصنيعه خلال ساعات باستخدام أجهزة الضغط العالي العادية عند ضغط 20.000 ض. ج.

ودرجة حرارة 400– 500ºس. ولهذا فإن هذا النوع من الأجهزة يعتبر محدود الأهمية بالنسبة لعلماء الجيوكيمياء.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]