диссертация (1097652), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Основные магнитные свойства исследованных образцов до облученияпредставлены в табл. 4.1.Образцы имеют нумерацию от 1 до 8 (каждый номер соответствует отдельнойлитологии или минералогии). В случае протонной бомбардировки были использованы триидентичные группы образцов и три разные дозы облучения (флюенса) φ (φ1<φ2<φ3) вдиапазоне от φ1=1.2×1014 p/см2 до φ3=1016 p/см2 (см. ниже). Названия образцов состоят изномера образца (от 1 до 8), за которым следуют цифры 1, 2 или 3 для случаев φ1, φ2 или φ3, 174 соответственно (см. табл. 4.1, рис. 4.1). В случае свинцово-ионной бомбардировкииспользовался только один флюенс.
Для этих экспериментов в названиях образцов запервой цифрой следуют буквы “a” или “б” (в случае двух облученных образцов). Тридобавочных образца были приготовлены для дополнительных экспериментов (см. ниже):образец порошкового железа в эпоксидной смоле 6-4 и образцы гексагональногопирротина 3-4 (m=36.5 мг) и 3-5 (m=21.7 мг).Радиационные эксперименты с ионами аргона (Ar2+) были проведены только наобразцах метеоритов Bereba и Tatahouine. Экспериментальный протокол описан в работах[Vernazza et al., 2006; Fulvio et al., 2012]. Оба образца были в форме таблеток, полученныхс помощью напрессовывания первоначальной метеоритной пудры (2 тонны, 5-10 с)фракцией 10-100 мкм на опорный немагнитный диск (из KBr).
Мы изучили магнитныесвойства девяти необлученных (в лабораторных условиях) фрагментов метеоритаTatahouine с целью проверить уровень однородности первоначальных магнитных свойствв масштабе ~0.1 г. Для сравнения мы также изучили один необлученный образецметеорита Bereba в виде таблетки из прессованной пудры.4.3.2. Методика радиационных экспериментовПротонная бомбардировка образцов была проведены с использованием ускорителяARAMIS [Bernas et al., 1992] – части экспериментального комплекса JANNus [Serruys et al.,2005] в Центре Ядерной Спектрометрии и Масс-спектрометрии г. Орсэ, Франция (CSNSM,Orsay, France). Мы использовали три разные дозы протонного облучения (общий флюенсφ1=1.2×1014 p/см2, φ2=1.2×1015 p/см2 и φ3=1016 p/см2) на трех идентичных группах образцов.Характерная интенсивность пучка составляла Ip=1-3 мкА (в вакууме <4×10-6 мбар), авремя экспозиции варьировалось от нескольких минут для минимальной дозы облучения(φ1) до нескольких часов для максимальной дозы облучения (φ3) 17 .
До протоннойбомбардировки на все образцы был напылен тонкий слой углерода (15 нм±1 нм). Наосновании значений энергии облучения и плотности материалов и при использованиипрограммы SRIM [Ziegler, 2004] была оценена максимальная глубина проникновенияпротонов в образцы: 15-20 мкм. Для увеличения амплитуды возможных радиационно 17 Во время протонной бомбардировки напряженность магнитного поля H в зоне облучения не измерялась.Статическое магнитное поле в камере ускорителя на уровне образцов, измеренное после окончанияэкспериментов при атмосферном давлении и комнатной температуре при использовании fluxgateмагнитометра MAG-01 производства Bartington Instruments с чувствительностью 1 нТл, составило H=146мкТл. 175 индуцированныхизмененийзасчетсозданиянесколькихслоеврадиационно-индуцированных дефектов с разной глубиной залегания мы облучили все образцы (свышеуказанными флюенсами) дважды: с энергиями облучения E1=400 кэВ и E2=850 кэВ,соответственно.
Потоки протонов таких энергий не вызывают ядерных реакций воблученных образцах.Облучение ионами свинца с энергией облучения E=1 ГэВ (~ 5 МэВ/а.е.м.) былопроведено при использовании Большого Национального Ускорителя тяжелых ионов вг.Каен, Франция (GANIL, Caen, France). При использовании программы SRIM [Ziegler,2004] была оценена соответствующая максимальная глубина проникновения ионов ввещество: 200 мкм. До проведения ионной бомбардировки все образцы закрылиалюминиевой фольгой. Протонная и ионная бомбардировки не привели к потере массыили механическому разрушению образцов (см. табл. 4.2).Образец (магнитный носитель)|Δm|Δχ01-10.11-21-20.011-30.21-aΔBcΔBcrΔMs-13159-3-5-9-152-6-52-111--6842517-42-10.1-4-110-1-4-42-20.2-4-21-5-10362-30.0-2-20-2-7-1-52-a--15-6-64-3-23-10.1-3-16-*0-93-20.0-5-19-*5-179-*4--1-**-25--5**-1230Название образцаΔSIRMΔMDFiМикродиорит (магнетит)Базальт (титаномагнетит)Гексагональный пирротин3-33-a3-b0.4--415-96-6-1-4-10.2-21-722-34-20.1121-2-3224-30.4-5200-2-44-a-13-6-402-25-10.1-5123-1-165-20.2-60-10-5-16Моноклинный пирротин 1Моноклинный пирротин 2 176 5-30.5401-1-2-25-a-19-12-3-20106-10.11-20-24-27-7636-20.0-1-17-17-29-90-56-30.8-2-23-23-29-63-36-a--31442-58116-b--330-12-2127-10.116-16-2940-53-17-20.1-7-34-19-6-93-27-30.1-1-7-410-6637-a-0.237-1525-6-28-10.0-8-20-13-9-4-78-20.6-383015-3-8-228-30.73-16-13-623-198-a--29-1691121-33Железо в эпоксидной смолеМетеорит Bensour (FeNi)Магнетит в эпоксидной смолеВсе величины указаны в %.
Относительные изменения были подсчитаны для каждого параметра Апри использовании следующей формулы: ΔA=(A2-A1)/A1×100%, где A1 и A2 – соответствующиепред- и пострадиационные значения, соответственно. Таким образом, отрицательные иположительные ΔA указывают на протон-индуцированное уменьшение и увеличение величины А,соответственно. m – масса образца; χ0 – магнитная восприимчивость; SIRM – остаточнаянамагниченность насыщения, полученная в магнитном поле напряженностью 3 Тл и измереннаяпри использовании 2G SQUID магнитометра; MDFi – медианное поле разрушения SIRM; Bc и Bcr –коэрцитивная сила и остаточная коэрцитивная сила, соответственно; Ms и Mrs - намагниченностьнасыщения и остаточная намагниченность насыщения, соответственно.*Пострадиационное значение MDFi попадало в диапазон [147, 150] мТл; предрадиационноезначение MDFi >150 мТл.**Пред- и пострадиационное значения MDFi>150 мТл.Таблица 4.2.
Относительные изменения в объемных магнитных свойствах образцов после протонной исвинцово-ионной бомбардировок. Облучение образцов ионами аргона Ar2+ было проведено ранее коллективомавтором (Вернацца и др.) в Астрофизической Обсерватории г. Катания, Италия(Osservatorio Astrofisico di Catania, Italy) (описание экспериментальной установкиизложено в работе [Vernazza et al., 2006]).
Использованные флюенс и энергия облучениясоставляли 6.6×1015 Ar2+/см2 и 400 кэВ, соответственно. Во всех экспериментах толщина 177 образцов превышала максимальную глубину проникновения протонов и ионов. Такимобразом, бомбардирующие частицы оставались имплантированными в материал мишени.4.3.3. Методика магнитных измеренийВсе магнитные измерения были проведены в лаборатории СЕРЕЖ, г. Экс-ан-Прованс,Франция (CEREGE, Aix-en-Provence, France). В случае экспериментов по протонному исвинцово-ионному облучению, магнитные анализы до и после облучения проводились наодних и тех же образцах.
В случае облучения ионами аргона, магнитные анализыпроводились на облученных образцах и других необлученных (в лабораторных условиях)образцах тех же метеоритов для сравнения.Ниже приводится стандартная последовательности измерений. Все измерения былипроведеныдважды:пострадиационнаядоиостаточнаяпослеоблучения.намагниченность,Сначалапослеизмеряласьчегообразцыпред-илипошаговоразмагничивались переменным магнитным полем AF (от англ.
“Alternating Field”) самплитудой до 150 мТл при использовании СКВИД магнитометра компании 2G Enterprises(далее2GSQUIDмагнитометр),оснащенноговстроеннойразмагничивающейустановкой и позволяющего измерять магнитный момент вплоть до 10-4 Ам2 с уровнемшума порядка 10-11 Ам2. Измерения петель гистерезиса при комнатной температуре былипроведены при использовании вибрационного магнитометра Princeton VSM (от англ.“Vibrating Sample Magnetometer”) с максимальным магнитным полем 1 Тл ичувствительностью ∼10-9 Aм2. При анализе петель гистерезиса получались значенияостаточной намагниченности насыщения (Mrs), намагниченности насыщения (Ms) икоэрцитивной силы (Bc).
Значения остаточной коэрцитивной силы (Bcr) определялись припошаговом размагничивании Mrs в обратном магнитном поле (back-field demagnetizationexperiments), проведенном также при использовании Princeton VSM. Измерения магнитнойвосприимчивости в слабых полях χ0 проводились при использовании каппометров KLY2 иMFK1 производства Agico. На каждом образце создавалась остаточная намагниченностьнасыщения SIRM (от англ. “Saturation Isothermal Remanent Magnetization”) 18 в магнитномполе 3 Тл при использовании импульсного намагничивающего устройства MMPM9производства Magnetic Measurements.
В заключение, SIRM измерялась и подвергаласьступенчатому размагничиванию переменным магнитным полем с максимальной 18 В настоящей работе всегда фактически измерялся магнитный момент образцов. Для возможностииспользования стандартныхнамагниченность.
сокращенийдалее178 вместомагнитногомоментаиспользуетсяамплитудой 150 мТл. Оставшаяся после AF чистки остаточная намагниченность (дооблучений) в дальнейшей обозначается Ir0. (в случае протонной бомбардировки Ir0соответствует остаточной намагниченности, оставшейся после дополнительно шага –повторного создания SIRM с последующей одношаговой полевой чисткой переменныммагнитным полем с амплитудой 120 мТл). Во время радиационных экспериментов имагнитных измерений отслеживалась единая ориентация образцов (см.
рис. 1) с цельюпроверкигипотезыовозможностиобразованиярадиационнойостаточнойнамагниченности RIRM, ранее выдвинутой в работе [Rowe, 1978].4.3.4. Базовые принципы взаимодействия ионизирующего излучения с веществомДля лучшего понимания экспериментальных результатов, представленных ниже, (см. §4.4), кратко рассмотрим некоторые базовые физические принципы взаимодействияионного пучка с материалов мишени в случае металлов (протон здесь рассматривается каксамый легкий ион).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
