Aufbau einer allgemein zugänglichen 252Cf-Quelle zur Verbesserung der Produktion von internen Spaltspurlängen für die Apatit-Spaltspuren-Thermochronologie

• Antragsteller: Professor Edward Sobel, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444986084

Die Apatit-Spaltspuren-Methode bestimmt die Abkühlung von Gesteinen, über geologische Zeitskalen, unterhalb von Temperaturen von ca. 110°C. Spaltspuren entstehen kontinuierlich aufgrund des radioaktiven Zerfalls von 238U mit einer begrenzten Längenverteilung. Anschließend verkürzen diese sich und können, als Folge gestiegenen Temperaturen, wieder ausgelöscht werden. Dieser Prozess wird als Ausglühen bzw. „Annealing“ (engl.) bezeichnet. Infolgedessen ist die Längenverteilung der Spaltspuren ein sensitiver Monitor für den thermischen Werdegang eines Kristalls, insbesondere im partiellen Annealing-Bereich zwischen 60 – 110°C. Bei entscheidend höheren Temperaturen vollzieht sich das „Ausglühen“ geologisch unmittelbar. Längemessungen viele interner Spuren liefern einen Proxy für den Wärmeverlauf, der durch Wärmemodellierung invertiert werden kann. Apatitspuren sind nur nach Ätzung mit Salpetersäure mikroskopisch sichtbar. Interne Spuren existieren innerhalb eines Kristalls und können nur geätzt und gesehen werden, wenn es einen Verbindungsweg zwischen der Oberfläche und einer weiteren Spur gibt.Typischerweise versucht der Bearbeiter, ungefähr 100 Spuren je Probe zu messen. Bei Apatit-Kristallen mit hohem U-Gehalt, die über einen langen geologischen Zeitraum niedrigen Temperaturen ausgesetzt waren, sind normalerweise ausreichend Spuren vorhanden, um belastbare Daten für die inverse Modellierung zu erhalten. Allerdings gibt es bei jüngeren Proben und solchen mit einem geringen U-Gehalt sehr wenige spontane Spuren auf der Oberfläche, was wiederum die Chance verringert, dass diese von internen Spuren gekreuzt werden. In diesen Fällen ist es extrem schwierig oder unmöglich, eine große Anzahl Spur-Längen mittels traditioneller Probenaufbereitungstechniken zu messen. Das sollte entweder zum Ausschluss von Thermo-Modellierungen führen oder zur drastischen Begrenzung der Auflösung solcher Modelle. Um die Anzahl von messbaren internen Spuren zu erhöhen, ist es möglich, die Proben mittels Spaltteilchen, gewonnen aus einer 252Cf-Quelle, zu bombardieren. Das schafft zahlreiche zusätzliche Zugänge für die Säure, damit Apatit-Kristalle durchdrungen und viele, sich kreuzende, internen Spuren angeätzt werden können. Da die Niedrig-Temperatur-Thermo-Modellierung eine der größten Stärken der AFT-Methode ist, sollte die Möglichkeit zur Messung von internen Spuren erweitert werden. Daher streben wir die Etablierung einer deutschen Einrichtung für die Apatit-Fission-Track-Bestrahlung mittels einer 252Cf-Quelle an. Wir beantragen den Kauf einer 252Cf-Quelle für derartige Bestrahlungen. Auch ist es notwendig eine Apparatur herzustellen, in der die Proben während der Bestrahlung gehalten werden. Diese muss ordnungsgemäß zugelassen werden und eine entsprechende Schutzvorrichtung vorweisen, damit die Nutzer während der Handhabung keiner unnötigen Strahlung ausgesetzt werden. Diese Einrichtung wird deutschlandweit den einschlägigen Forschergruppen zur Verfügung stehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen