Способ выявления треков тяжелых ядер в кристаллах оливина Советский патент 1992 года по МПК G01T5/10 

Изобретение относится к ядерной физике и предназначено для получения количественной информации о зарядово- энергетических спектрах космических ядер с z 26 путем выявления треков этих ядер в кристаллах оливина из метеоритов, с поверхности луны, аетерои- тов, планет солнечной системы.

Исследование зарядового и энергетических спектров таких космических ядер по древним трекам, накопленных в кристаллах внеземного происхождения за десятки и сотни миллионов лет их экспозиции в открытом космосе, многократно превосходит возможность всех других известных методик исследований, основанных на прямой регистрации галактических космических ядер с помощью пассивных (трековых) или активных (электронных) детекторов, размещенных на шарахг зондах, спутниках, орбитальных станциях.

Известен способ выявления треков полимерных детекторов, экспонируемых в открытом космосе в течение 1- . 200 сут. После приземления устройства детекторы протравили в щелочи, просматривали под микроскопом и по длине следа судили о зарядах z космических ядер.

Однако из-за недостаточности стабильности длин треков в пластинках

0

4

сд

00

ошибка в определении z космических ядер в этих опытах достигла 30%, что не позволяет получить достаточную информацию о зарядовом спектре космических ядер.

Наиболее близким к предлагаемому является способ травления древних треков галактических космических ядер в кристаллах оливина из метеоритов. Процесс травления проводили в кипящем растворе. При помощи охладительного устройства сконденсированную воду возвращали обратно в кипящий раствор травителя, состоящий из сме-. си компонентов, г/л:

Трилон Б400

Павелевая кислота 10

Ортофосфорная кислота 8,5 рИ травителя 8,,2 доводилась при помощи таблеток NaOH.

Недостатком способа-прототипа является оптимально невысокая скорость травления вдоль следа тяжелой частицы Относительная скорость vrp/vpOe в из- вестном способе не превосходит 20-25. Другим недостатком известного способа является изменение состава и рН раствора за счет утечки паров из системы в процессе травления. При изменении рН значительно снижается скорость . травления вдоль трека (VT.) по отношению к скорости травления поверхности кристалла (v,). что приводит к изменению профиля трека.-Это обстоятельство не позволяет обеспечить выявление полной травимой длины треков космических ядер с z%-50, имеющих длины от 300 мкм до нескольких миллиметров (треки ядер 2ЗД U) .

Целью изобретения является обеспечение выявления полных травимых длин треков тяжелых космических ядер за счет увеличения скорости травления вдоль трека без повреждения поверхнос ти кристалла и воздействия на его оптические свойства.

Поставленная цель достигается согласно способу выявления треков тяжелых ядер в кристаллах оливина, заклю- чающемуся в травлении этих кристаллов в растворе при рН 8,8±0,2 и температуре 10015°С в герметически замкнутом тефлоновом сосуде в травителе следующего состава, г /л:

Трилон Б250-400

Повелевая кислота 30-50 Ортофосфорная кислота 7-10

5 о 0

Q

5

Заданное значение рН доводится аналогично прототипу постепенным , бавлением в раствор травителя соответствующих количеств NaOH с после-, дующим потенциометрическим измерением.

Повышение рН улучшает растворимость трилона Б и качество травителя, при этом повышается скорость травле- . ния. Но дальнейшее повышение рНЗ: 8,8 снижает скорость травления вследствие потери травящих свойств травителя, при греки не выявляются. Использование герметически замкнутого теф- лонового сосуда препятствует испарению и взаимодействию травителя со стенками сосуда, сохраняет постоянство состава и рН до конца травления. Проведение процесса травления при t 100i5 C обусловлено тем, что при повышении, температуры ускоряется процесс травления поверхности кристалла, происходит растравление и ухудшение качества кристалла при длительном травлении протяженных треков. При низких температурах процесс травления протекает очень медленно.

Верхняя граница 400 г/л определяется пределом растворимости трилона Б. Нижняя граница 250 г/л - предел, при котором еще обеспечивается травление в избирательном режиме (vTp/v- 180). При давльнейшем уменьшении концентрации трилона Б травитель изменяет свойства в процессе травления, что приводит к изменению профиля протравленного трека.

При повышении концентрации щавелевой кислоты До 40 г/л резко повышается скорость травления вдоль трека по сравнению с прототипом.

При дальнейшем повышении концентрация щавелевой кислоты г/л скорость травления уменьшается, треки получают ступенчатый характер из-за за- блокирования канала треков интенсивно выделяющимися отходами травления.

Концентрация ортофосфорной кислоты, обеспечивающей в данном травителе удаление продуктов травления из канала трека, 7-Ю г/л выбрана из условия получения четких оптически контрастных фигур травления треков. При концентрации ортофосфорной кислоты ниже 7 г/ли выше tO г/л форма трека ухудшается из-за заполнения канала трека продуктам травления, блокирующими проникновение свежих порций травителя вглубь кристалла.

10

is

Травление при низком рН не обеспечивает выявления полных травимых длин треков ядер с zi.26. Это достигается при увеличении рН и благодаря предложенному составу травителя за счет повышения скорости травления вдоль трека по отношению к скорости травления поверхности кристалла исключающего растравление и ухудшение качества кристалла.

Лпя экспериментальной проверки . предлагаемого способа травление проводили при рН 7,3-9,4. В качестве рабочих образцов были использованы неотожженные кристаллы оливина из метеорита Марьялахти, облученные ионами Хе и РЬ с энергией 14-17 МэВ/нуклон, кристаллы из метеоритов Марья- лахти и Игл Стейшен без дополнит ел ЬНО-IQ го облучения ионами. Под микроскопом измеряли длину и ширину не менее 10 треков на каждом образце и определяли среднее значение скорости травления по выражению

21

V . где 1 - длина трека;

d - диаметр трека у его входа в кристалл.

Оптимальное значение рИ получено в интервале 8,6-9,0, где скорость травления повышается четырехкратно. Например, при рН 8,6 в неотожженном облученном ускоренном ионами ксенона кристалле из метеорита Марьялахти обнаружен трек длиной 845 мкм и шириной 2 мкм на протяжении всей этой длины. Экспериментально доказана непригодность как более низких значений рН до травителей,неспособных выявить полную травимую длину треков из-за малой скорости травления, так и более высоких значений рН, когда треки практически не обнаруживаются вследствие потери травителем его травящих свойств.Это подтверждается примерами конкретного выполнений результатов травлений при разных рИ. При рН 7,3 в отожженных кристаллах метеорита Марьялахти, облучённых ускоренными ионами го8 РЬ получены растравленные с поверхности кристалла треки длиной 90 мкм, шириной 5 мкм; при рН 8,88 - узкие треки на поверхности кристалла шириной 1 мкм, длиной 110 мкм (полная травимая дли--. на); при рН 9,4 треки не выявлены из-эвг потери травящих свойств трави-- теля, . ; . -

25

3Q

дс

35

50

55

10

is

-IQ

до , -

16458-. 6

Влияние рН на результаты травления были проверены и на неотожженных крис- У. таллах из метеорита Марьялахти. При рН 7-, 85 получены растравленные с поверхности треки длиной 100 мкм и шириной 4 мкм; при рН 8,72 выявлены древние треки тяжелых космических ядер длиной 445 мкм, шириной. 2,5 мкм; при рН 9,02 - трек длиной 260 мкм, шириной 1 мкм.

Результаты отдельной серии экспегл риментов, проведенных с целью выявления оптимального содержания щавелевой кислоты в травителе, приведены в таблице .

Как следует из этой таблицы, оптимальная концентрация щавелевой кислоты - 40 г/л, допустимые пределы - (40±10) г/л.

Влияние изменения концентрации щавелевой кислоты на результаты травления экспериментально проверена на кристаллах оливина из метеоритов ...-. х.

25 Марьялахти. Исследуемый образец сначала протравили травителем, содержащим 10 г/л щавелевой кислоты (прото- „ тип), получили широкие пересекающиеся треки. Затем травление продолжили в

3Q травителе, содержащем 40 г/л щавеле- вой кислоты, протравилось-продолжение трека в глубине кристалла.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает наилучшие результаты по выявлению полных травимых длин треков галактических космических ядер, заключенных в кристаллах оливина, исключая возможности расстравления поверхности кристалла, сохраняя призрачность по всему объему, что облегчает микроскопический просмотр Повышается достоверность полученной информации по зарядовому спектру тяжелых ядер, идентификация которых основана на прямой

дс пропорциональности z от травимой длины трека.

35

Формула изобрет е н «

Способ выявления треков тяжелых ядер в кристаллах оливина, заключающийся в травлении этих треков в растворе оливинного травителя, содержащем трилон Б, щавелевую кислоту и орто- фосфорную кислоту, отличаю- щ и и.с я тем, что, с целью обеспечения выявления полных травимых длин треков тяжелых ядер за счет повышения скорости травления, исключая растравление поверхности кристалла, травле-;-:: ние осуществляют при рН 8,6-9,0 и температуре 95-105°С в герметически замкнутом тефлоновом сосуде, прячем ис- , пользуют травитель при следующем со- . отношении ингредиентов, г/л:

58

8

Трилон Б .-;250-400

Щавелевая кислота30-50

Ортофосфорная кислота7-10

Изобретение относится к ядерной информации о зарядово-энергетических спектрах космических ядер с 6. Целью изобретения является обеспечение выявления полных травильных длин треков ядер за счет повышения скорости травления, исключая растравление поверхности кристалла. Травление проводится в герметически замкнутом сосуде, сохраняющем активное исходное свойство травителя е высоким значением рН 8,6-9, обеспечивающим большую скорость травления космических ядер с , зарегистрированных в кристаллах оливина из древних метеоритов. Эффект достигается за счет увеличения скорости травления и использования травителя на основе трилона Б щавелевой кислоты, ортофосфорной кислоты при определенных концентрациях ингредиентов. 1 табл. 9 (В