天然氣水合物又稱“可燃冰”，是分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中，由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)。其資源密度高，全球分布廣泛，具有極高的資源價值，因而成為油氣工業(yè)界長期研究熱點。從中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所獲悉，今年5月上旬中國科學(xué)院物理所于曉輝副研究員的可燃冰研究團隊與中物院中子科學(xué)平臺合作，首次利用原位中子衍射開展可燃冰的科學(xué)研究，成功合成了穩(wěn)定的可燃冰晶體樣品，通過高壓、低溫中子衍射實驗確認(rèn)了可燃冰晶體的SI型晶體結(jié)構(gòu)，并對可燃冰的動力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。這標(biāo)志著中物院中子科學(xué)平臺成為世界上少數(shù)具備可燃冰水合物中子衍射研究條件的平臺之一。
我國利用原位中子衍射實驗室合成出穩(wěn)定“可燃冰”
“可燃冰的研究要求異常苛刻的高壓、低溫條件。團隊研究人員搭建了高壓、低溫水合物合成與表征實驗系統(tǒng)，建立了具有氣體的充放、封存功能的高壓氣、水反應(yīng)裝置，集成低溫裝置，可進(jìn)行聯(lián)合高壓、低溫中子衍射原位表征研究。”中物院中子散射平臺的研究人員介紹說，中子衍射具有輕元素敏感性及高穿透性，是進(jìn)行可燃冰相關(guān)科學(xué)研究的重要手段，在本次聯(lián)合開展的可燃冰實驗中，聯(lián)合團隊利用中國綿陽研究堆高壓中子衍射譜儀（HPDC）搭建的相關(guān)設(shè)備，在低溫、高壓的極端條件下通過重水與甲烷氣體反應(yīng)生成的可燃冰晶體，并進(jìn)行原位的中子衍射表征。
中子衍射譜結(jié)果顯示，聯(lián)合研究團隊成功合成了穩(wěn)定的SI型結(jié)構(gòu)的可燃冰-甲烷水合物。另外，團隊還通過對水合物體系中充入惰性氣體，經(jīng)過惰性氣體與甲烷分子的動力學(xué)交換，對可燃冰動力學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。本次實驗對了解可燃冰的性能及可燃冰的實際開采具有重要意義，標(biāo)志著中物院中子科學(xué)平臺成為世界上少數(shù)具備可燃冰水合物中子衍射研究條件的平臺之一。
編輯點評
盡管可燃冰作為新型能源被廣泛看好，但是世界上至今還沒有完善的開采方案。這種礦藏哪怕受到最小的破壞，就足以導(dǎo)致甲烷氣的大量散失。如果中國科學(xué)院物理所與中物院中子科學(xué)平臺合作開展的合成穩(wěn)定的可燃冰晶體樣品能夠廣泛采用，那么對中國能源的緩解就將有很大效果。
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