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Modifications of natural minerals by irradiation with relativistic heavy ions with and without external pressure

Weikusat, Christian

German Title: Modifikation natürlicher Minerale durch Bestrahlung mit relativistischen Schwerionen mit und ohne externen Druck

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Abstract

Irradiations with swift heavy ions have been performed using different crystalline target materials and various pressure and irradiation conditions. Changes in the crystal lattice, e.g. the production of point defects and amorphisation, have been characterised by Raman spectroscopy. The cordierite lattice is very resistant against radiation-induced damage, while the amount of volatile phases in the structural channels is significantly changed. Furthermore, a direct conversion from CO2 to CO could be evidenced. Irradiations along the different crystallographic axes did not yield sytematic differences regarding the monitored parameters. In contrast to cordierite, apatite is substantially more sensitive to radiation damage. With increasing fluence, the overall amount of amorphisation increases. However, even for the highest fluences, complete amorphisation could not be achieved. Irradiations along the different crystallographic axes show larger amounts of damage for samples irradiated parallel (0001). The application of external pressure during irradiation stabilises the lattice and can prevent amorphisation. The suitability of large-volume Paris-Edinburgh presses for in-situ irradiation with swift heavy ions could be proven.

Translation of abstract (German)

Unterschiedliche kristalline Materialien wurden mit schnellen Schwerionen unter verschiedenen Druck- und Bestrahlungsbedingungen bestrahlt. Die Veränderungen im Kristallgitter, wie z.B. Entstehung von Punktdefekten und Amorphisierung, wurden mittels Ramanspektroskopie untersucht. Die Kristallstruktur des Cordierits ist sehr beständig gegenüber Strahlenschäden, wohingegen sich Gehalt und Art der volatilen Phasen in den strukturellen Kanälen durch die Bestrahlung signifikant ändern. Desweiteren konnte eine direkte Umwandlung von CO2 nach CO nachgewiesen werden. Bestrahlungen entlang der verschiedenen kristallografischen Achsen zeigten keine systematischen Unterschiede bezüglich der betrachteten Parameter. Im Gegensatz zu Cordierit ist Apatit deutlich empfindlicher gegenüber Strahlenschäden. Der Grad der Amorphisierung steigt mit steigender Fluenz. Allerdings konnte keine vollständige Amorphisierung erreicht werden, auch nicht für die höchsten Fluenzen. Bestrahlungen entlang der verschiedenen kristallografischen Achsen zeigten generell stärkere Schäden bei Bestrahlung parallel (0001). Die Anwendung externen Drucks während der Bestrahlung stabilisiert das Kristallgitter und kann die Amorphisierung verhindern. Die Tauglichkeit von Paris-Edinburgh Pressen für die in-situ Bestrahlung mit schnellen Schwerionen wurde bewiesen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Miletich-Pawliczek, Prof. Dr. Ronald
Date of thesis defense: 16 April 2010
Date Deposited: 01 Jun 2010 08:13
Date: 2010
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institut für Geowissenschaften
Subjects: 550 Earth sciences
Controlled Keywords: Bestrahlung, Cordierit, Apatit, Raman-Spektroskopie, Hochdruck
Uncontrolled Keywords: relativistische Schwerionenswift heavy ions
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