激光加热金刚石压砧 (LH-DAC) 的主要功能是复制地球内部深处的极端环境，以便进行实验室分析。它能产生 27 至 61 GPa 的静压力和 3820 至 4760 K 的温度范围，使科学家能够模拟地球核心形成的条件。
LH-DAC 是理论地球物理学与实验化学之间的桥梁。通过金刚石压砧施加极高的压力，同时通过激光加热，它创造了观察深层岩浆海洋底部金属和硅酸盐熔体之间化学平衡所需的精确环境。
模拟深层地球环境
为了解地球核心是如何形成的，研究人员必须重现早期地球岩浆海洋的条件。LH-DAC 通过两种不同的但相互关联的机制来实现这一点。
产生静压力
该装置利用两个相对的金刚石压砧来压缩样品。使用金刚石是因为它们的硬度可以承受巨大的力而不会变形。
这种机械配置产生的静压力范围为 27 至 61 GPa。这个特定的压力范围模仿了深层岩浆海洋深度处的重力。
达到极端温度
虽然压砧提供压力，但它们本身无法产生所需的热量。该系统在样品受压时使用高功率激光对其进行加热。
这种光学加热方法将温度驱动到 3820 至 4760 K 之间。这些温度对于确保样品材料——特别是金属和硅酸盐——达到熔融状态至关重要。
模拟金属-硅酸盐平衡
这种压力和热量的结合使得研究 化学平衡 成为可能。
在这个稳定、高能的环境中，研究人员可以观察元素如何在金属熔体和硅酸盐熔体之间分配（分离）。这个过程模拟了铁基金属与熔岩分离形成地球核心时发生的区分作用。
理解权衡
虽然 LH-DAC 是一个关键工具，但理解其操作背景对于解释结果至关重要。
样品体积限制
为了达到高达 61 GPa 的压力，压缩的表面积必须非常小。
因此，LH-DAC 中的样品尺寸是微观的。这需要高度灵敏的分析工具来精确测量由此产生的化学分配。
极端条件下的稳定性
在设备能力上限下保持稳定条件具有挑战性。
同时维持 4760 K 和 61 GPa 需要精确控制，以防止金刚石或样品组件被破坏。实验的目标是实现“静”压力，这意味着条件必须保持恒定足够长的时间以发生化学平衡。
为您的研究做出正确选择
LH-DAC 专为与行星分异相关的高压高温 (HPHT) 实验而设计。
- 如果您的主要重点是模拟岩浆海洋的底部： 依靠 LH-DAC 精确重现 27–61 GPa 和 3820–4760 K 的特定 P-T 窗口。
- 如果您的主要重点是研究化学分异： 使用此设备诱导熔化，以测量金属相和硅酸盐相之间的平衡系数。
通过有效地将深层地球的物理现象缩小到实验室环境中，LH-DAC 提供了验证行星核心形成模型所需的经验数据。
摘要表：
| 特征 | 操作范围 / 详细信息 |
|---|---|
| 静压力 | 27 至 61 GPa |
| 温度范围 | 3820 至 4760 K |
| 机制 | 双金刚石压砧 + 高功率激光器 |
| 主要目标 | 模拟金属-硅酸盐平衡 |
| 应用 | 行星核心形成与深层岩浆海洋研究 |
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参考文献
- Nagi Ikuta, Hisayoshi Yurimoto. Pressure dependence of metal–silicate partitioning explains the mantle phosphorus abundance. DOI: 10.1038/s41598-024-51662-y
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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