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INAUGURAL - DISSERTATION
zur
Erlangung der Doktorwurde
der
Naturwissenschaftlich-Mathematischen
Gesamtfakult at
der
Ruprecht-Karls-Universit at
Heidelberg
Vorgelegt von
Diplom-Mineraloge Christian Weikusat
aus: Eppelheim
Tag der mundlic hen Prufung: 16.04.2010Modi cations of natural minerals
by irradiation with relativistic heavy ions
with and without external pressure
Gutachter: Prof. Dr. Ronald Miletich-Pawliczek
Prof. Dr. Rainer AltherrUnd wovon man nicht sprechen kann, darub er mu man schweigen.
L.J.J. WittgensteinErklarung
Hiermit erkl are ich, dass ich die vorgelegte Dissertation selbst verfasst und
mich dabei keiner anderen als der von mir ausdruc klich bezeichneten Quellen
und Hilfen bedient habe. Ich erkl are weiterhin, dass ich bei keiner anderen
Stelle ein Prufungsv orhaben beantragt habe, dass ich die Dissertation nicht
in dieser oder anderer Form anderweitig als Prufungsarb eit verwendet habe
und dass ich sie an keiner anderen Fakult at als Dissertation vorgelegt habe.
Eppelheim, 18.02.2010
1Contents
Summary 5
Zusammenfassung 6
List of Publications Submitted for this Thesis 7
Acknowledgement 11
1 Background and motivation 12
2 Introducing the Minerals 13
2.1 Cordierite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Apatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Experimental and Analytical Techniques 17
3.1 Relativistic Heavy Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.2 High Pressure Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.1 Diamond Anvil Cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.2 Paris-Edinburgh Press . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3 Raman Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3.1 Spectrum of cordierite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3.2 Sp of apatite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3.3 Depth pro ling with linescans . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4 Results 29
4.1 Irradiation of Cordierite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.1.1 Channel Volatiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.2 Irradiation of Apatite with and without Pressure . . . . . . . . . . 32
4.3 Irradiations in the Paris-Edinburgh Press . . . . . . . . . . . . . . 34
5 Conclusions 35
References 36
3A Publication I - Raman spectroscopy of heavy ion induced damage
in cordierite 42
B Publication II - Heavy-ion irradiation on crystallographically ori-
ented cordierite and the conversion of molecular CO to CO: a2
Raman spectroscopic study 53
C Publication III - Experimental heavy-ion irradiation in the Paris-
Edinburgh press: rst results ( abstract) 75
D Publication IV - Raman study of apatite amorphised with swift
heavy ions under various irradiation conditions 79
E Publication V - Lattice compression and structural behavior of
NaVSi O clinopyroxene to 11 GPa 1012 6
F Table of Irradiated Samples 124
4