[发明专利]一种中子衍射水合物高压生成装置

说明书

本发明公开了一种中子衍射水合物高压生成装置，包括温度加载系统、压力加载装置、旋转机构、水合物反应器、入射窗口、进气管线、出射窗口和水合物样品腔；水合物反应器包括从里向外同轴套设的同心圆柱体一、同心圆柱体二和同心圆柱体三，同心圆柱体一轴心具有活塞室；压力加载装置包括压力机、活塞、以及压力传递介质，压力传递介质填充在同心圆柱体一的活塞室内，水合物样品腔由柔性材料制成，浸入在压力传递介质中，并通过进气管线与进气系统连接，活塞一端与压力机连接，另一端伸入活塞室内且能够轴向移动，旋转机构与水合物反应器连接。本发明能够方便的采用中子衍射研究气体水合物的生成和分解过程。

技术领域

本发明涉及高压气体水合物生成装置领域，具体涉及一种适用于中子衍射的水合物高压生成装置。

背景技术

气体水合物是一种由气体分子和水分子在低温、高压条件下形成的一种笼型络合物，对其的研究具有重要的理论和实用价值，一方面，天然气水合物的巨大资源储量及在世界范围内的广泛分布已引起了各国政府的广泛关注，相关的开采工艺和相关技术方案的确定需要建立在对水合物的结构及基础物性等了解的基础上；另一方面，基于水合物的优异的理化性质所开发出来的水合物应用技术—水合物法二氧化碳分离、储能、海水淡化等技术在各自的领域具有非常光明的应该前景。然而，这些技术的进一步工业化应用均需要对气体水合物的微观结构及理化性质有着深入的了解。

当前，对水合物结构及相关理化性质的微观测试手段主要包括拉曼光谱、X射线衍射、固体核磁等等。尽管应用这些测试已经取得了丰富的水合物微观信息，但与这些测试手段相比，中子衍射对氢和其它轻元素更为敏感且具有更强的穿透力，所以它对特殊环境下的水合物生成和分解的研究非常有利。这些特殊环境包括超高压、磁场、低温装置等。然而，有关适用于中子衍射的水合物高压生成反应腔的开发与设计目前在国内仍旧是空白。专利“一种用于产生超高压的装置”(申请号CN201710701394.7)提出了一种适用于中子衍射的超高压装置实现方式，其主要是通过采用二面顶压机驱动的二个碳化钨一级压砧和八个二级压砧来实现所构建腔体的超高压目标。专利“一种基于单轴加载的二级增压装置”(申请号CN2011710341551.8)设计了一种用于原位中子衍射实验的基于单轴加载式的二级增压装置，其同样采用压砧并配合增压片及增压环来实现所构建腔体的加压过程。可以看出，尽管这些技术均提供了超高压的实现方式，但可以看出其大多采用对顶砧的高压装置，该装置最大的缺点就是样品腔尺寸空间有限，从而对中子束流的强度要求非常高，而且也不适用于水合物的生成反应和原位观察。

发明内容

本发明的目的是针对当前超高压条件下气体水合物的生成、分解机理及晶相转变的研究不足，借鉴先进的中子衍射技术，提供一种适用于中子衍射的水合物高压生成装置，其能够适用于现今国内的散裂中子源(CSNS)。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种中子衍射水合物高压生成装置，包括温度加载系统、压力加载装置、旋转机构、水合物反应器、入射窗口、进气管线、出射窗口和水合物样品腔；

水合物反应器置于温度加载系统的温控仓中，通过温度加载系统控制水合物反应器的环境温度，入射窗口和出射窗口呈一条直线的方式水平设置在温控仓的两侧，且二者连线通过水合物反应器轴心；

水合物反应器包括从里向外同轴套设的同心圆柱体一、同心圆柱体二和同心圆柱体三，同心圆柱体一轴心具有活塞室；

压力加载装置包括压力机、活塞、以及压力传递介质，压力传递介质填充在同心圆柱体一的活塞室内，水合物样品腔由柔性材料制成，浸入在压力传递介质中，并通过进气管线与进气系统连接，活塞一端与压力机连接，另一端伸入活塞室内且能够轴向移动，活塞外壁与活塞室内壁气密接触，通过压力机将压力传递介质压缩到所需的压力值；

旋转机构与水合物反应器连接，用于带动水合物反应器绕其轴心转动。