月球表面主要矿物微结构的太阳风作用特征及模拟实验研究

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	月球表面主要矿物微结构的太阳风作用特征及模拟实验研究
	李阳
导师	欧阳自远
	2013
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位名称	博士
学位专业	地球化学
关键词	月球太空风化太阳风矿物结构晶面
摘要	太空风化是影响无大气行星表面物质后期演化的主要因素。其中，太阳风辐射导致的组分溅射与晶格损伤是改变月球表面矿物化学组成与晶格结构的重要过程，也是形成月壤颗粒微观环带的重要原因之一。本文着眼于太阳风粒子对月球表面矿物晶格结构的改造，依托计算机软件与离子注入机对斜长石、斜方辉石、橄榄石以及钛铁矿等主要月表主要矿物的太阳风辐射过程进行模拟，研究注入前后矿物晶格结构的变化特征，为月球环带的太阳风成因以及月表矿物的演化过程提供参考依据。 SRIM软件的计算结果表明，太阳风粒子在月表主要矿物中的投影射程以及终止位置为斜长石>辉石>橄榄石>钛铁矿，主要影响因素为矿物的密度。太阳风对化学元素溅射剥蚀的影响表现为Y[Mg,O]>Y[Si、Al、Fe、Ti、Ca]（Y为溅射产额），导致溅射之后硅酸盐矿物的Mg/Si和O/Si均会减小，与太阳风成因月壤环带以及宇宙尘环带的分析结果吻合。此外，较高的含量致使H+对月表矿物的溅射剥蚀能力强于能量更高的He+。利用离子注入机对斜长石、斜方辉石、橄榄石以及钛铁矿开展不同剂量的25keVH+、50keVHe+注入以及先后注入。结果证明上述四种矿物的非晶化阈值斜长石<斜方辉石≤橄榄石<钛铁矿。具体表现为斜长石的非晶化阈值小于1×10^17H/cm^2；斜方辉石大于5×10^16He/cm^2但小于1×10^17He/cm^2；橄榄石与斜方辉石阈值范围相似，但略高；钛铁矿的非晶化阈值则高于1×10^17He/cm^2与1×10^17H/cm^2的先后注入。晶体结构是影响不同矿物辐射损伤效果的主要因素，主要表现为共价键组成的斜长石的非晶化阈值低于共价键与离子键共同组成的斜方辉石与橄榄石，更低于完全有离子键组成的钛铁矿。原因可能是离子辐射中共价键的强度低于离子键，也可能是共价键矿物的密度小于离子键矿物。斜长石生成气泡的临界剂量为1×10^17He/cm^2，并发现He+与H+的先后注入有助于促进气泡体积的增长。晶轴朝向对斜方辉石与橄榄石的非晶化过程具有明显影响。具体表现为，离子垂直[001]轴入射更容易引起斜方辉石与橄榄石的非晶化。其原因为斜方辉石与橄榄石中的[Fe/MgO6]八面体链起骨架作用并沿[001]方向延伸，当离子垂直[Fe/MgO6]八面体链入射时，所造成的破坏是最显著的。通过对太阳风作用过程的实验模拟和影响因素分析，认为较低的Mg/Si和O/Si、残留晶面以及气泡结构是太阳风作用的主要特征。根据这些矿物的特征差异和非晶化阈值，可以初步推测月壤万年尺度内的太阳风暴露时间，为深入探讨月球表面物质演化历史提供参考。
其他摘要	Space weathering plays a main role in the later stage of lunar surface material’s evolution. Solar wind’s sputtering and radiation processes alter the chemical composition and crystal structure of lunar minerals. In addition, solar wind implantation is also a main factor for the origin of lunar soil rims. SRIM-2010 was used to calculate the theory parameters of ions irradiation in minerals, such as average projected range, final position, sputtering yield and erosion rate. With an emphasis on the alteration of mineral’s crystal structure, a series of artificial solar wind irradiation experiments were carried out by 200keV ions implanter at Wuhan University. Irradiated mineral powders were ultra-thin cut and analyzed by 200kV Transmission Electron Microscope (TEM). As results of computer calculated, density is the key factor that controlled the injection of solar wind particles in minerals. The projected range and final position of injected solar wind particles were anorthite > enstatite > olivine > ilmenite. Under the irradiation both of 1keVH+ and 4keVHe+, elements sputtering yield is Y[Mg,O]> Y[Si、Al、Fe、Ti、Ca]. The Mg/Si and O/Si of silicate decreased after sputtering. This characteristic is also discovered in part of lunar soil rims as well as IDPs rims and can be used to confirm the solar wind radiation origin of those rims. Although the energy of single 1keVH+ is smaller than 4keVHe+, take account of their content in solar wind, erosion rate of lunar surface materials made by 1keVH+ is larger than 4keVHe+. As results of ions implantation experiments, the amorphization critical dose is anorthite
学科领域	月球与行星科学
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.gyig.ac.cn/handle/352002/5817
专题	研究生_研究生_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	李阳. 月球表面主要矿物微结构的太阳风作用特征及模拟实验研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2013.

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