WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


1 Электронный научно-информационный журнал «Вестник Отделения наук о Земле РАН»№1(24)2006 ISSN 1819 – 6586 URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2006/informbul-1_2006/planet-7.pdf ЭКСПЕРИМЕНТЫ С МЕТЕОРИТОМ «ЦАРЕВ».

УСТАНОВКА ДЛЯ СБОРА И РЕГИСТРАЦИИ ЛЕТУЧЕЙ КОМПОНЕНТЫ МЕТЕОРИТНОГО ВЕЩЕСТВА Монастырский И.Б.,. Гуськов Ю.А, Ермак В.М.,. Овсянников Г.А. (ИДГ РАН) igmon@idg.chph.ras.ru Проводимые исследования находятся в контексте одной из фундаментальных проблем наук о Земле - определения состава, массы и свойств первичной атмосферы Земли. Присутствие в веществе обыкновенных хондритов до нескольких процентов летучих позволяет предположить, что их дегазация и частичное удержание в газовой фазе позволили сформировать первичную атмосферу. Задачей данных исследований является создание методов выделения и анализа летучих из метеоритов в условиях, сходных с условиями в ходе роста планеты, бомбардируемой телами хондритового (в среднем) состава. Для решения поставленной задачи был выполнен ряд лабораторных экспериментов. Их идея состоит в том, что при нагреве образца метеорита будет выделяться летучая компонента, находящаяся связанном состоянии. Отбор и анализ выделяющихся газов, позволит сделать определенные выводы о составе первичной атмосферы в рамках рассматриваемой гипотезы. В качестве исследуемого образца был выбран кусочек метеорита «Царев». Этот метеорит был выбран как представитель наиболее распространенного типа метеоритов. При этом суммарная масса его осколков превосходит тонну.

Для нагрева метеоритного вещества было выбрано СВЧ излучение. Этим мы достигли объемного энерговыделения в образце, и в ходе эксперимента температура поверхности была примерно той же, что и внутри. Отсюда следует и другое важное достоинство микроволнового излучения – возможность программируемого «мягкого» нагрева до любой желаемой температуры. Это позволяет, в частности, исследовать зависимость состава летучих от температуры нагреваемого образца. Проведен ряд экспериментов, проанализирован газ, выделенный в ходе нагрева образцов в диапазоне температур 150 0 – 700 0С.

СВЧ генератор возбуждал электромагнитную волну и передавал ее в волноводный тракт.

Рабочая длина волны 12 см. Мощность, передаваемая к образцу, регулировалась с помощью аттенюатора и регистрировалась. Исследуемый образец располагался в вакуумной камере. Сама камера устанавливалась внутри специальной короткозамкнутой волноводной секции. Вакуумная камера, с помещенным внутрь образцом, показанная на рис 1, представляет собой цилиндрическую трубу из кварцевого стекла.

Диаметр ~40 мм, длина ~140 мм, объем ~см3. В камере имеются патрубки и окна, предназначенные для откачки воздуха и отбора газа, выделяющегося при нагреве образца, измерения его температуры и давления газа выделяющегося при нагреве метеорита.

Конструкция волноводной секции и камеры предусматривает ее согласованное размещение в электромагнитном поле, позволяющее вводить требуемую энергию в исследуемый образец. В то же время датчики давления и измеритель температуры размещаются вне волноводной секции и не подвергаются воздействию электромагнитного Рис.1. Фото вакуумной камеры с образцом.

поля.

Металлические цилиндры – датчики давления.

Подготовленная к эксперименту камера с Над образцом – флюоритовый иллюминатор.

образцом откачивалась до давления ~ 10-3 мм рт. ст. Газы, выделяющиеся СВЧ при нагреве образца, заполняют камеру и, при необходимости, одну или две газосборные емкости. Газосборная емкость после ее заполнения при определенном температурном режиме изолировалась от вакуумной камеры. Затем проводилась повторная откачка камеры, и нагрев образца повторялся. В результате были собраны газы, выделившиеся при разных температурных режимах нагрева метеорита.

Давление в вакуумной камере и газосборных емкостях измерялось датчиками давления типа MPX 5100А и MPX 5010D, фирмы MOTOROLA. Температура поверхности образца измерялась инфракрасным термометром «Кельвин». Так как в ходе эксперимента образец должен находиться внутри камеры, для измерений его температуры было предусмотрено окно, закрываемое плоской флюоритовой пластиной толщиной 3 мм. Во избежание возникновения газового разряда при росте давления газов было решено заполнять откаченную до глубокого вакуума камеру инертным газом – ксеноном, обладающим довольно высокой пробойной прочностью. Проведенные измерения показали, что при давлении ксенона Р = 100 мм рт ст разряд в ходе нагрева метеорного вещества не возникает.

На рис.2 приведены показания датчиков давления и температуры в ходе одного из опытов.

Самая нижняя кривая – запись относительной СВЧ мощности во времени.

Первое СВЧ включение длилось ~ 80 секунд (нижняя кривая). Оно сопровождалось при600 мерно линейным ростом темпеДавление в ратуры (средняя кривая) и дав500 камере, мм.

ления - верхняя кривая (правая рт. ст.

шкала). После отключения СВЧ 400 мощности температура начала экспоненциально падать. Резкое 300 падение (примерно вдвое) давления на ~ 150 секунде обу200 словлено открытием газосборной емкости объемом 125 см3.

100 Первый в этом опыте забор газа продолжался до ~ 700 секунды.

0 Нуль давления в течение пе0 500 1000 риода от ~ 770 секунды до ~ t, секунды секунды соответствует откачке Рис.2. Температура образца (левая шкала) и давление камеры. Затем резкий подъем – (правая шкала) газов в ходе опыта 2.

напуск ксенона. Далее – второе включение и нагрев до ~ 500 0C.

Полученные в этом экспеT, 0С P H2 O2 N2 CH4 CO CO2 Опыт T, С P H2 O2 N2 CH4 CO CO2 Опыт T, 0С P H2 O2 N2 CH4 CO CO2 Опыт T, С P H2 O2 N2 CH4 CO CO2 Опыт рименте пробы газов были под№ № № № мм… мм… мм… мм… вергнуты хроматографическому 140 30 1,3 0,06 0,2 0,18 1,1 140 30 1,3 0,06 0,2 0,18 1,1 140 30 1,3 0,06 0,2 0,18 1,1 140 30 1,3 0,06 0,2 0,18 1,1 анализу. Анализ проводился на хроматографе ЛХМ – 8.3 с дву170 20 2,5 0,1 0,3 1,25 0,45 170 20 2,5 0,1 0,3 1,25 0,45 170 20 2,5 0,1 0,3 1,25 0,45 170 20 2,5 0,1 0,3 1,25 0,45 мя колонками на катарометре.

270 170 13,0 4,3 23,6 0,16 8,3 2,1 270 170 13,0 4,3 23,6 0,16 8,3 2,1 270 170 13,0 4,3 23,6 0,16 8,3 2,1 270 170 13,0 4,3 23,6 0,16 8,3 2,1 Для определения концентраций H2, CO, CH4, O2, N2 использова330 160 32,2 1,8 6,9 0,40 10,8 2.1 330 160 32,2 1,8 6,9 0,40 10,8 2.1 330 160 32,2 1,8 6,9 0,40 10,8 2.1 330 160 32,2 1,8 6,9 0,40 10,8 2.1 лась колонка с молекулярными 500 170 18,8 0,02 0,45 0,56 3,4 500 170 18,8 0,02 0,45 0,56 3,4 500 170 18,8 0,02 0,45 0,56 3,4 500 170 18,8 0,02 0,45 0,56 3,4 ситами, а для определения СОколонка с порапаком. В таблице 700 200 26,0 0,3 0,9 2,2 6,9 700 200 26,0 0,3 0,9 2,2 6,9 700 200 26,0 0,3 0,9 2,2 6,9 700 200 26,0 0,3 0,9 2,2 6,9 приведены относительные кон- Таблица центрации измеренных продукРезультаты хроматографического анализа.

тов. Наиболее весомую долю из Выделены результаты, полученные без ксенона.

полученных газов во всех экспериментах занимает молекулярный водород. Присутствие инертного газа ксенона в экспериментах позволяет пересчитать относительные молярные концентрации в абсолютные значения.

Так, оценка количества водорода, выделившегося в ходе опыта №2, дает около 0,3·10-4 моль или m 0,06 мг. Масса образца составляла M = 32 г. Таким образом, отношение m/M~10-6. Для получения более детальных данных необходимо продолжение исследований.

T емпература образца, Т С Авторы выражают искреннюю благодарность К.Я. Трошину и Г.Г. Политенковой (ИХФ РАН) за проведение хроматографического анализа Вестник Отделения наук о Земле РАН - №1(24)Информационный бюллетень Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии 2004 года (ЕСЭМПГ-2006) URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2006/informbul-1_2006/planet-7.pdf Опубликовано 1 июля 2006 г © Вестник Отделения наук о Земле РАН, 1997 (год основания), При полном или частичном использовании материалов публикаций журнала, ссылка на «Вестник Отделения наук о Земле РАН» обязательна











© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.