Mechanische und strukturelle Eigenschaften strahlengeschädigter Minerale und der Effekt thermisch induzierter Rekristallisation am Beispiel von Allanit-(Ce), Åskagenit-(Nd) und Pyrochlor

Abstract

In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Minerale untersucht, Allanit-(Ce), Åskagenit-(Nd) und Pyrochlor. Alle Proben waren natürlicher Herkunft und hatten Th oder U eingebaut. Alle Proben wurden schrittweise thermisch behandelt und somit ihre strukturelle Ordnung wieder hergestellt. Parallel wurden Nanoindentationsmessungen, DSC–TG–MS, P-XRD, IR-, Raman-, PL-, und Mössbauer Spektroskopie durchgeführt. Es zeigte sich, dass alle Proben mit steigender struktureller Ordnung auch steigende Härte und E-Module aufweisen. Durch die Untersuchung verschiedener Allanit und Åskagenit Proben wurde erkannt, dass strukturelles Wasser den Rekristallisationsprozess beschleunigt. Mössbauer Messungen zeigten, dass sich in Allanit die Verteilung des Eisens auf die zwei möglichen Positionen durch Strahlenschädigung ändert, was bei thermischer Ausheilung umkehrbar ist. Es konnte auch gezeigt werden, dass die mechanischen Parameter sensible Parameter für die strukturelle Ordnung der Proben sind.

In this work, three different minerals, allanite-(Ce), åskagenite-(Nd) and pyrochlore were investigated. All samples were of natural origin and contained thorium or uranium. All samples were step-wise thermally annealed, thus reordering their structure. Changes were followed by the means of nanoindentation. Additionally, DSC–TG–MS, P-XRD, IR-, Raman-, PL-, and Mössbauer spectroscopy was performed on suitable samples. It could be seen that all samples showed increasing hardness and elastic modulii, with increasing structural order. By comparing different allanite and åskagenite samples, it was shown that structural water accelerates the process of recrystallisation. Mössbauer meassurements showed that the distribution of iron on their two positions changes through radiation damage, a process which is reversible through thermal annealing. Finally, it could be shown that hardness and elastic modulus are sensible parameters for the structural order of a sample.