Освен естествените радионуклиди от семейството на урана и тория и 40K, метеоритите съдържат следните космогенни гама-излъчващи радионуклиди:
44mSc (2.44 дни)
47Sc (3.35 дни)
52Mn (5.59 дни)
56Ni (6.08 дни)
48V (16.8 дни)
51Cr (27.8 дни)
7Be (53.3 дни)
58Co (70.8 дни)
56Co (77.3 дни)
46Sc (83.8 дни)
57Co (272 дни)
54Mn (312 дни)
22Na (2.60 години)
60Co (5.26 години)
44Ti (60.4 години)
26Al (710000 години)
Гама-излъчващите радионуклиди могат да бъдат открити чрез гама-спектрометър. Такова изследване е особено интересно за наскоро паднали метеорити, в които има богат коктейл от краткоживеещи радиоизотопи.
В резултат от измерването с гама-спектрометър се получава гама-спектъра на измервания образец. Гама-спектърът представлява графика, на която е изобразен броя кванти с различни енергии, който са регистрирани по време на измерването. Различните радиоизотопи имат характерни енергии на излъчваните гама-кванти, по които могат да се разпознаят.
Метеорит Chelyabinsk
Паднал през 2013 година (регистриран официално). Клас Ordinary chondrite, LL5 (S4) - обикновен хондрит от група LL, петрологичен тип 5.
Снимка на измервания образец на метеорита Chelyabinsk:
Гама-спектър на образеца с маса 387.13 g от метеорита Chelyabinsk (HPGe + NaI детектор). Времето за измерване е 3052 минути (приблизително 2 денонощия и 3 часа). Измерването е започнало 158 дни след падането на метеорита:
Показва 25.2 dpm/kg активност на 26Al и 24.2 dpm/kg активност на 40K
Източник: Research Gate
Метеорит Košice
Паднал през 2010 година (регистриран официално). Клас Ordinary chondrite, H5 (S3) - обикновен хондрит от група H, петрологичен тип 5.
Снимка на фрагмент 27.25 g от метеорита Košice:
Гама-спектър на фрагмент 2370.2 g от метеорита Košice с плътност 3.50 g/cm3. Измерван 780 дни след падането с HPGe спектрометър. Време на измерването 3968 минути (2 денонощия и 18 часа):
Показва 71 dpm/kg активност на 26Al.
Източник: Wiley Online Library
Метеорит Almahata Sitta
Паднал през 2008 година (регистриран официално). Клас Ureilite-an (Achondrite, ureilite, polymict, anomalous - ахондрит от групата на уреилитите с аномални свойства).
Снимка на фрагмент от метеорита Almahata Sitta:
Източник: Encyclopedia of Meteorites
Гама-спектър на фрагмент от метеорита Almahata Sitta (HPGe детектор). Общото време за броене е 65197 минути (приблизително 45 денонощия и 7 часа). Пиковете на космогенните радионуклиди са надписани. Означен е и анихилационния пик 511 keV. Другите пикове са от естествения фон, който се дължи предимно на калия, урана и тория, които се срещат навсякъде в природата. Пиковете 214Bi и 208Tl идват от 238U и 232Th съответно:
Показва 62.1 dpm/kg активност на 26Al.
Източник: ResearchGate
Метеорит Kobe
Паднал през 1999 година (регистриран официално). Клас CK4 (въглероден хондрит от група CK, петрологичен тип 4).
Снимка на фрагмент ~65 g от метеорита Kobe:
Източник: Encyclopedia of Meteorites
Гама-спектър на фрагмент от метеорита Kobe. Измерван в течение на 5500 минути (приблизително 3 денонощия и 20 часа). Измерването е започнало 21 часа след падането на метеорита. Спектрометър с детектор от свръхчист Ge:
Показва 38 dpm/kg активност на 26Al.
Измерена е и концентрацията на уран, торий и калий:
U 29 ppb
Th 51 ppb
K 0.029%
Източник: Geochemical journal GJ 36(4) · January 2002
Метеорит Neagari
Паднал през 1995 година (регистриран официално). Клас Ordinary chondrite (L6) - обикновен хондрит от група L, петрологичен тип 6.
Снимка на фрагмент от метеорита Neagari:
Източник: Encyclopedia of Meteorites
Гама-спектър на метеорита Neagari. Фрагмент с маса 325 g е сложен на 1 cm от детектора (Ortec HPGe, XLB-GEM-10020). Измерването е започнало около 2.7 дни след времето на падане на метеорита и продължава 223621 секунди (около 2 денонощия и 14 часа):
Източник: Akira ISHIWATARI's Home Page
Метеорит Oslo
Фрагмент с маса 32.5 g от метеорита Oslo, сниман на терен:
Енергийният спектър на фрагмента 32.5 g от метеорита Oslo, измерен с детектор HPGeGX2018. Означени са космогенните радиоизотопи. Измерването е продължило към 200 часа ( 8 денонощия и 8 часа). Образецът е бил разположен на 1 cm от детектора:
Източници: Research Gate , Conference: European Planetary Science Congress 2015, At Nantes, France, Volume: Vol. 10, EPSC2015 (584)
Устройство на гама спектрометъра
В гама-спектрометрите обикновено се използва детектор от свръхчист германий (HPGe). HPGe детекторът представлява германиев диод с коаксиална геометрия на p-n прехода. Размерите на кристала на един типичен HPGe детектор са 6 cm диаметър и 7 cm дължина. При работа се подава високо обратно напрежение (> 1000 V).
При работа детекторът трябва да бъде охладен с течен азот до температура -195.65 °C. На неохладения детектор не бива да се подава напрежение.
Най-общо казано, работата на гама-спектрометъра се основава на това, че когато в детектора попадне гама квант се отделя някаква енергия, която предизвиква появата на носители на електрически заряд. Големината на този заряд се измерва от схемите на спектрометъра и се определя енергията
на уловения гама квант.
Гама фон
Гама-фонът, който винаги се регистрира от гама-спектрометъра заедно с излъчването на измервания образец, обикновено съдържа излъчванията на естествените радиоактивни изотопи 40K, дъщерните изотопи от реда на урана и тория и анихилационното излъчване с енергия 511 keV.
Типичен гама-спектър на фона:
Този спектър е начертан с програма, която съм написал на Python за собствена употреба. Програмата чете файлове със спектри във формат ORTEC CHN, и очертава в червено някои области, които представляват интерес, като местата на спектъра, където се появяват пиковете на техногенните радиоизотопи 131I и 137Cs, които могат да пристигнат неочаквано като продукти от човешка дейност.
При измерването на гама-излъчването на образеца фонът се изважда от резултатите.