Universität zu Köln

Radiochemische Analyse langlebiger kosmogener Radionuklide in Marsmeteoriten und Chondriten: Wirkungsquerschnitte, Produktionsraten und Modellrechnungen

Bastian, Thomas (2004) Radiochemische Analyse langlebiger kosmogener Radionuklide in Marsmeteoriten und Chondriten: Wirkungsquerschnitte, Produktionsraten und Modellrechnungen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    In den Marsmeteoriten ALHA 77005, ALH 84001, Chassigny, EETA 79001A, Governador Valadares, Lafayette, Nakhla, Sayh al Uhaymir 005, Shergotty und Zagami sowie den Chondriten Grüneberg, Morávka, Naragh und Neuschwanstein wurden die Konzentrationen der langlebigen kosmogenen Radionuklide Be-10, Al-26 und Mn-53 gemessen. Die Analyse fand mittels ultrasensitiver Beschleuniger-Massenspektrometrie (Accelerator-Mass-Spectrometry: AMS) statt. Dazu mussten die Elemente Al, Be, Ca, Fe, Mn und Ni mittels eines radiochemischen Trennungsgangs separiert werden. Daraufhin wurden hochreine Oxid-, Hydrid- und Fluorid-Proben für die AMS-Messung präpariert und in den Beschleunigerlabors der TU-München und der ETH Zürich gemessen. Darüber hinaus wurden die Konzentrationen der kosmogenen Anteile der Edelgase He-3, Ne-21, Ne-22, Ar-36, Ar-38, Kr-80 und Kr-83 zusammengestellt, die im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsvorhabens am MPI Mainz an den gleichen Proben analysiert und auf ihren kosmogenen Anteil korrigiert wurden. Dadurch wurde ein umfassender same-sample-Datensatz mit teilweise erstmaligen Daten für kosmogene Nuklide in den untersuchten zehn Marsmeteoriten geschaffen, der in diesem Umfang bisher nicht erhältlich war. Zur Interpretation der gemessenen Radionuklidkonzentrationen diente das von Leya et al. [LEY00b] entwickelte physikalische Modell, welches auf der Basis nuklearer Daten die Produktionsrate kosmogener Nuklide in Meteoroiden berechnet. Mit Hilfe der analysierten Daten und der Modellrechnungen war es möglich, die Bestrahlungsgeschichten detailliert zu entschlüsseln. Dabei konnten für ALH 84001, Chassigny, EETA 79001A, Governador Valadares, Nakhla, Sayh al Uhaymir 005 und Shergotty neben Bestrahlungsaltern auch Einschränkungen der präatmosphärischen Größe vorgenommen werden. Auch die Angabe einer Abschirmtiefe war möglich. In den Proben von ALHA 77005, Lafayette und Zagami wurden Nuklid-Überproduktionen gefunden, die mit großer Wahrscheinlichkeit durch SCR (Solar-Cosmic-Rays) hervorgerufen wurden. In Lafayette wurden SCR-Effekte zum ersten Mal beobachtet. In EETA 79001A und Shergotty wurden erhöhte Ne-22/Ne-21-Verhältnisse gefunden, die, wegen fehlender SCR-Effekte bei den Radionuklid-Konzentrationen, ein Indiz auf eine Vorbestrahlung tief unter der Oberfläche (> 3 m) des Mars sind. Darüber hinaus konnte für das terrestrische Alter von EETA 79001A eine obere Grenze von Tterr <= 250 ka ermittelt werden. Weiterhin konnte die nukleare Datenbasis physikalischer Modelle für Eisen- und Steineisen-Meteoriten erweitert werden. Es wurden experimentelle Produktionsraten ermittelt und mittels Monte-Carlo-Codes entfaltete Neutronen-Anregungsfunktionen zusammengestellt. Dabei stand die Produktion der langlebigen Radionuklide Be-10, Al-26, Ca-41 und Fe-60 aus Fe-nat und Ni-nat-Targets im Vordergrund. Der Trennungsgang zur Separation der kosmogenen Radionuklide Ca-41 und Ni-59 konnte wesentlich vereinfacht werden.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    The concentrations of the long-lived cosmogenic nuclides Be-10, Al-26 and Mn-53 were measured in the Martian Meteorites ALHA 77005, ALH 84001, Chassigny, EETA79001A, Governador Valadares, Lafayette, Nakhla, Sayh al Uhaymir 005, Shergotty and Zagami as well as in the chondrites Grüneberg, Morávka, Naragh and Neuschwanstein. The analysis was done by means of ultra sensitive Accelerator-Mass-Spectrometry (AMS). For that purpose the elements Al, Be, Ca, Fe, Mn and Ni had to be separated by radiochemical separation techniques. Thereafter ultra pure oxide-, hydride- and fluoride-samples were prepared and measured at accelerator facilities of the ETH Zurich/PSI and the TU-München. In addition the concentrations of the cosmogenic noble gases He-3, Ne-20, Ne-21, Ne-22, Ar-36, Ar-38, Kr-80 and Kr-83 were compiled. These concentrations were measured in the same samples at the MPI Mainz within the framework of a common research project. Thus it was possible to create a comprehensive same-sample-dataset with several new data for the cosmogenic nuclides in the ten investigated Martian Meteorites, which hitherto was not available, on such a scale. For the interpretation of the measured radionuclide concentrations the physical model by Leya et al. [LEY00b] was used. It calculates the production rates of cosmogenic nuclides in meteorites. By means of the analysed data and the model calculations it was possible to decipher the irradiation histories in detail. The exposure age for ALH 84001, Chassigny, EETA 79001A, Governador Valadares, Nakhla, Sayh al Uhaymir 005 and Shergotty was determined and constraints regarding the preatmospheric size could be considered. Also a statement of the shielding depth was possible. In the samples of ALHA 77005, Lafayette and Zagami nuclide overproductions were found which are with utmost probability caused by SCR (Solar-Cosmic-Rays). In Lafayette SCR-effects were observed for the first time. In EETA 79001A and Shergotty increased Ne-22/Ne-21-ratios were found, which are a sign of a pre-irradiation deep below the surface (> 3 m) of Mars, because of the lack of SCR-Effects in the radionuclide concentrations. Moreover for EETA 79001A an upper limit of the terrestrial age of 250 ka could be determined. Further on the nuclear data basis of physical models for iron and stony-iron meteorites could be expanded. Experimental production rates were measured and by means of Monte-Carlo-Codes unfolded neutron-excitation functions were compiled. Thereby the production of the long-lived radionuclides Be-10, Al-26, 41Ca and Fe-60 from Fe-nat and Ni-nat was in the foreground. The separation scheme for the cosmogenic nuclides Ca-41 and Ni-59 could be considerably simplified.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Bastian, Thomastbastian@gmx.net
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-10780
    Subjects: Chemistry and allied sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    beschleunigermassenspektrometrie , physikalisches , modell , bestrahlungsgeschichte , edelgaseGerman
    accelerator , mass , spectrometry , mars , meteoritesEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Abteilung Nuklearchemie
    Language: German
    Date: 2004
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 09 December 2003
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 18 Feb 2004 13:36:11
    Referee
    NameAcademic Title
    Bastian, Thomas
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1078

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