以太阳风与微陨石作用为主的太空风化是改造无大气行星体(水星、月球、小行星等)表面物质的重要过程,也是目前行星科学研究的热点问题之一。基于此科学问题, 太阳风注入模拟与结构分析系统由离子注入机和透射电镜两台大型仪器构成。通过不同条件的离子注入实验,模拟月球等无大气天体表面太阳风辐射作用过程。离子注入机和透射电镜联机方式可实现矿物结构变化(晶面损伤、晶格缺陷等)的实时原位观察,在一次实验过程中获得样品特征持续变化的大量信息,并且能够有效避免离位系统中取出样品再进行透镜分析过程中可能造成的大气污染和氧化。

                                                    

太阳风注入模拟与结构分析系统示意图


离子注入机


透射电镜

1.指标与参数


离子注入机

1)注入离子能量范围0~20Kv,连续可调;

2)离子束流强度大于1mA,束流不均匀性小于3%;离子种类包括H、He气体离子;    

3)实现冷靶和热靶注入;

4)样品最小为几个平方毫米,最大为2英寸直径圆片;

5)靶室真空度高于1*10-3pa;

6)连续工作时间大于10小时.

透射电镜

1)电子枪最高加速电压200kv;

2)点分辨率可达2.7Å;

3)线分辨率可达1.4Å;

4)放大倍数可达80万倍;

5)可在纳米级或原子水平上直接观察试样的组织形貌和晶体结构.

3.应用实例

  利用离子注入机和透射电镜,可以模拟和观察矿物在太阳风作用下由结晶质-非晶质-形成气泡结构的全过程以及模拟太阳风辐射损伤形成过程中,行星表面矿物中水的形成。模拟结果与实际样品具有较高的相似性。

橄榄石的离子注入实验研究


辐射之前结晶完好的橄榄石    

   辐射之前结晶完好的橄榄石   


                                                                              50kV 1×1017 ions/cm2 He+离子注入橄榄石后产生的差异非晶化-轻度非晶化


                                                                          50kV 1×1017 ions/cm2 He+离子注入橄榄石后产生的差异非晶化-中度非晶化


                                                                            50kV 1×1017 ions/cm2 He+离子注入橄榄石后产生的差异非晶化-重度非晶化


                                                                         50kV 1×1017 ions/cm2 He+离子注入橄榄石后产生的差异非晶化-完全非晶化




离子注入对几种矿物光谱特征的影响



辐射后的橄榄石样品相对于辐射前的样品在~2.87μm出现了一个与弱且宽的水锋,增加的水含量为53ppm。


辐射后的斜方辉石样品相对于辐射前的样品在~2.84 μ m出现一个新的水峰,新增加的水含量为9ppm。


辐射后的斜长石样品相对辐射前的样品在~2.76 μ m和~2.98 μ m的水峰信号明显增强,水含量分别增加了941ppm和794ppm。


  

                                                   





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