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Bild: Elemental microanalysis of lunar analog materials with laserinduced breakdown spectroscopy (LIBS) and laser-induced XUV spectroscopy (LIXS) under vacuum conditions.

Elemental microanalysis of lunar analog materials with laserinduced breakdown spectroscopy (LIBS) and laser-induced XUV spectroscopy (LIXS) under vacuum conditions.

Nivethika Komathinathan

Titel

Elemental microanalysis of lunar analog materials with laserinduced breakdown spectroscopy (LIBS) and laser-induced XUV spectroscopy (LIXS) under vacuum conditions.

Autor/in

Datierung

16.06.2023

Beschreibung

Laserinduzierte weiche Röntgenstrahl und extrem ultraviolette (XUV) Spektroskopie bietet eine alternative
Bestimmungsmethode zum laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS).
Experimente mit LIXS werden, aufgrund der kleinen Wellenlängen, im Vakuum ausgeführt. Dadurch ist
diese Methode insbesondere für die Umweltbedingungen auf dem Mond gut geeignet. Diese Arbeit
untersucht die Fähigkeiten von LIXS, mit dem Motiv, LIXS später als Ersatz oder Begleitung von LIBS in
Weltraumforschungen einzusetzen. Zunächst wird über die Vorteile und Anwendungen von LIBS, vor allem
auf dem Mars, berichtet. Gefolgt wird dies von Vergleichen zwischen XUV Emissionen, detektiert mit LIXS,
und Emissionen im ultravioletten zu sichtbaren (UV-VIS) Wellenlängen Bereich, detektiert mit LIBS. Beide
Emissionen geschehen dabei im Vakuum. Untersucht werden Mond analoge Proben, die Variationen in ihrer
Zusammensetzung aufzeigen. Das Verhalten der Emissionsspektren sowie Emissionsintensitäten werden
angeschaut. Daraufhin werden drei prominente Emissionslinien jeweils in LIBS und LIXS auserwählt und
auf ihre Wiederholgenauigkeit und Reproduzierbarkeit untersucht. Denn die Wiederholgenauigkeit und
Reproduzierbarkeit sind Eigenschaften von LIBS, die zu ihren wesentlichen Nachteilen gehören. Danach
werden die Emissionslinien, falls möglich, ihren Elementen zugeteilt. Zudem wird die Wiederholgenauigkeit
und Reproduzierbarkeit für das gleiche Element mit beiden Bestimmungsmethoden untersucht. Die
Messungen mit LIXS weisen bessere Wiederholgenauigkeiten und Reproduzierbarkeiten auf als die
Messungen mit LIBS für Aluminium. Allerdings ist die elementare Zuordnung der Emissionslinien zu ihren
Elementen noch nicht praktisch wie mit LIBS, da eine Verschiebung der Wellenlängen zu erkennen ist. Dies
ist möglicherweise auf die hohen Plasmatemperaturen zurückzuführen, die zur Doppler-verschiebung
beitragen. Daher sind weitere Untersuchungen notwendig, um die Plasmatemperaturen zu bestimmen.
Laser-induced soft X-ray and extreme ultraviolet (XUV) spectroscopy (LIXS) provides an alternative
detection method to Laser-induced plasma breakdown spectroscopy (LIBS). The application of LIXS
measurements is in vacuum due to small wavelengths. In this way, it is well suited for the environmental
conditions on the moon. This thesis studies the potential of LIXS, with the intention to substitute or
accompany LIBS on space explorations. Therefore, the advantages and applications of LIBS, especially on
mars, are explained, followed by comparison of the XUV emission from LIXS with the ultraviolet to visible
wavelength range (UV-VIS) emission yield by LIBS under vacuum conditions. Lunar analogue samples,
which exhibit variations in their compositions, are examined. The emission spectra and emission intensities
are investigated. Then, three prominent emission lines in each LIBS and LIXS are examined on repeatability
and reproducibility, features that demonstrate the main drawbacks of LIBS. This is followed by attribution of
emission lines to their elements, if possible. In addition, the repeatability and reproducibility is measured for
the same element by both methods. The measurements with LIXS exhibit better repeatability and
reproducibility than the measurements with LIBS for aluminum. However, the attribution of the emission
lines to their elements is still not convenient as with LIBS due to shifts in wavelengths. A possible reason
could be high plasma temperatures contributing to Doppler shifts. Therefore, further investigations are
necessary, to measure the plasma temperature.

Urheberrechtshinweis