毫秒时间分辨同步辐射X射线衍射和高压快速加载装置及应用

摘要

高压非平衡相变动力学过程依赖于温度、压强及加载速率,这要求在不同时间尺度内实现快速加载/卸载并进行快速数据采集.本文着重介绍了最近在上海同步辐射光源BL15U1线站设计和发展的时间分辨X射线衍射和快速动态加载金刚石对顶砧(dDAC)实验装置的最新进展.dDAC采用气膜驱动和压电陶瓷驱动两种快速加载方式,在毫秒尺度内实现DAC样品腔压强从常压加压到300 GPa(20μm金刚石台面)以上,并获得了毫秒尺度的时间分辨衍射数据.其中压电陶瓷驱动的d DAC采用新设计的单、双筒驱动方式,具有加载压力大、压缩速率高等特点,加载速率可达13 TPa/s.在快速加压过程中,可同时连续采集X射线衍射谱.探测器采用Pilatus 3X 900 K,帧频达500 Hz,实现了2 ms时间分辨的X射线衍射测量.毫秒时间分辨的X射线衍射和高压快速加载装置丰富了BL15U1线站的高压研究技术,拓展了线站开展超高压实验、非平衡相变动力学等科学研究的能力.