科学家拟借助同步辐射加速器模拟地核极端环境

2011-11-21 11:23 来源: 新浪
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样本将被加热到极高温度,随后对其进行X射线探测。

目前科学界普遍认同这样一个观点,即地球的核心分为固态内核和熔融的外核,外核中的物质对流导致的地磁场的产生。

  北京时间11月19日消息,据英国广播公司(BBC)报道,本周四,一项旨在在实验室内重现地球核心极端环境条件的实验项目正式启动。

  欧洲同步辐射装置(ESRF)位于法国东南部城市格勒诺贝尔,是世界上首座第三代同步辐射加速器。现在科学家们计划使用其ID24射线束来用X射线对铁和其它一些物质施加极端的温度和压力条件。通过考察X射线的吸收模式,科学家们将得以了解地核内部或近地核位置的神秘机制。比如,这项研究将有望让科学家们了解为何地球的磁场有时候会出现突然的倒转?

  地球的核心,也就是所谓的地核,位于海平面以下3000公里处,科学家们将永远不可能抵达那里进行实地考察。就算穷尽我们目前的最尖端技术,我们现在也只能在地球最外层的“表皮”上钻出一个深度微不足道的小坑。而在地球表面最薄的位置,地壳厚度仅有10公里而已。

  正是由于这些限制,科学家们不得不寄希望于实验室能够尽可能复制和模拟地核或接近地核的极端温压条件,以便我们可以回答诸如地磁场究竟是如何产生的,它为何会发生突然改变,以及地震波是如何通过地核的这样一些问题。

  利用ID24射线束开展这项实验的核心在于所谓的“钻石对顶砧”——这是一种已经被证明是有效的而简单易行的创造极高压力环境的方法:将微细样本置于两片精心切割的钻石之间并进行挤压。被放置于中间的样品将被不断施压,直到承受的压强达到地表环境下的数百万倍。随后,高能激光将透过钻石晶体照射样品,将其加热至超过1万摄氏度(相比之下太阳的表面温度也仅有大约6000摄氏度)。随后科学家们采用X射线来了解处于这种情况下样本的内部结构和化学变化情况。

  经过最新升级之后的ID24射线装置使X射线可以聚焦到一个非常小的点上,焦点直径小于百万分之一米。除此之外,整个样品在受热和加压条件下发生的变化过程都可以被精确度较之以往高出数百倍的监视仪器记录下来。这得益于一种新型高速摄影仪,其每秒钟可以进行100万次拍摄。

  撒库拉·帕斯卡瑞利(Sakura Pascarelli)是ID24装置首席科学家,他说:“科学家们也可以在其它国家,主要是日本和美国,使用那里的高能同步辐射加速器进行类似的实验。但是我们拥有微秒级分辨率和极高精度聚焦装置,这是其它地方无法比拟的。升级后的ID24射线束装置和ESRF分开了,甚至在首位用户抵达之前就有很多人开始向我询问,希望能分享我们的技术。”

  ID24是欧洲同步辐射装置(ESRF)8条射束中最早建成的一条。作为最近一次耗时8年,耗资1.8亿欧元的ESRF翻新工程的一部分,ID24也将进行彻底升级。