热液金刚石压腔（HDAC）新型冷冻系统介绍及应用

【作者】 高杰； 李建康；

【机构】 中国地质科学院矿产资源研究所；

【摘要】 热液金刚石压腔(HDAC)是一种为模拟地壳温压条件的地质作用而设计的实验设备,可对–190℃～1200℃、0～10 GPa的热液体系进行实验(Bassett et al.,1993;Chou,2003;Li et al.,2016)。Lietal.(2020)介绍了一种新型的热液金刚石压腔(HDAC-VII)及其配套冷冻系统,此次介绍的新型冷冻系统是其基础上进行升级改造的。新型冷却系统主要包括液氮罐、高纯氮气瓶、温度控制器、气冷控制器、HDAC温度控制软件等。前后两种冷却系统的主要工作原理相似:利用减压阀和内径为1/8英寸的不锈钢管连接高纯氮气瓶和内部有盘管的液氮罐,高纯氮气从氮气瓶内通过液氮罐内的液氮进行快速冷却后,从液氮罐的另一头外接的橡胶软管通往HDAC样品腔处,对样品腔进行冷冻。Lietal.(2020)的冷冻系统通过气量控制阀调节气流大小以及XYZ控制杆调节冷冻后的氮气吹出位置,来控制HDAC上下压腔的温度,这非常考验操作人员对气流和冷气位置的控制,并极其耗费精力。因此新型冷却系统进行以下升级:在高纯氮气罐和液氮罐中间添加气冷控制器;去掉XYZ控制杆;将温度控制器与气冷控制器相连接;升级HDAC温度控制软件,使其在低于0℃的温度条件下也可以控制HDAC的上下压腔内的电阻丝工作。升级后的HDAC温度控制软件根据所设置降温或升温速率的大小,同时控制温度控制器和气冷控制器,即控制上下压腔电阻丝工作功率及氮气气流大小。这使得上下金刚石砧的温差在±0.2℃,并且操作更为便捷、升降温速率更加精确(0.1～100℃/min),大大提高了冷冻实验的效率及准确性。因其效率及准确性的提高,热液金刚石压腔(HDAC)新型冷冻系统的应用范围也更加广泛,例如可以利用冰点(0℃)对HDAC的热电偶进行校准、进行盐度测定、等容线测定(Li et al. 2024)、样品腔内水的密度(>1 g/cm3时)测定(Haselton et al.,1995;Chou et al.,1998)。更多还原