Nanodiamanten in primitiven Meteoriten: Strukturuntersuchungen und Einfluss des Rückstoßes bei beta-Zerfällen

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Rückstoßeffekten, sowie Ausheizversuche zur Erforschung struktureller Veränderungen und Änderung der Edelgaskonzentrationen und Ausgasungsmuster in meteoritischen Nanodiamanten durchgeführt. In der ersten Versuchsserie wurden die durch prompte "?"-Strahlung bei Neutronenaktivierung von Brom in terrestrische Detonationsdiamanten und durch den "?"-Zerfall von 22Na in synthetischen und meteoritischen Diamanten verursachten Rückstoßverluste bestimmt. Diese wurden mit theoretischen Verlustwerten, berechnet mit Hilfe der SRIM-Software und der Korngrößenverteilung, verglichen. Im Fall der prompten "?"-Strahlung war der Unterschied signifikant. Hierzu können allerdings systematische Unsicherheiten in den gemessenen Verlusten, wie z.B. unbekannte Br-Verteilung innerhalb der Diamanten beigetragen haben. Die Ergebnisse des zweiten Versuchs bei kleineren Rückstoß-Energien, wie sie auch in der Natur vorkommen würden, zeigten dagegen keinen signifikanten Unterschied. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass weder das „Fehlen“ einiger in Supernovae Typ II gebildeter Radionuklide, wie 26Al, 44Ti, in den Diamanten noch die in einem für die Erklärung des Xe-H vorgeschlagenen Modell benötigte frühzeitige Trennung der Vorläuferkerne stabiler Xe-Isotope von den stabilen Xe-Isotopen durch Rückstoßverluste erklärt werden kann. In der zweiten Versuchsreihe wurden meteoritische Nanodiamantproben bei unterschiedlichen Temperaturen im Vakuum vorgeheizt und danach, um die Heizprodukte zu entfernen, chemisch behandelt. Bei allen Vorheiztemperaturen wurden zwiebelähnliche Strukturen registriert und auch in den nachbehandelten Proben wurden, bedingt durch die wegen Verklumpung der Proben eingeschränkte chemische Behandlung, neben Diamanten unveränderte, oder teilweise zerstörte Umwandlungsprodukte gefunden. Weiterhin wurden Edelgaskonzentrationen und Ausgasungsmuster gemessen, um die durch Vorheizen und chemische Behandlung bedingten Veränderungen im Vergleich zu den Original-Diamanten zu untersuchen. Ein unerwartetes Ergebnis dieser Untersuchungen war, dass die vorgeheizten und chemisch nachbehandelten Proben deutlich niedrigere Ausbeuten im Vergleich zu den nur vorgeheizten zeigten, was darauf hindeutete, dass die während des Vorheizens entstandenen Umwandlungsprodukte, wie z.B. zwiebelähnliche Strukturen, Edelgase zurückhalten konnten, die später (teilweise) durch chemische Behandlung entfernt wurden.

Cosmogenic production rates and recoil loss effects in micrometeorites and interplanetary dust particles

We present a purely physical model to determine cosmogenic production rates for noble gases and radionuclides in micrometeorites (MMs) and interplanetary dust particles (IDPs) by solar cosmic-rays (SCR) and galactic cosmic-rays (GCR) fully considering recoil loss effects. Our model is based on various nuclear model codes to calculate recoil cross sections, recoil ranges, and finally the percentages of the cosmogenic nuclides that are lost as a function of grain size, chemical composition of the grain, and the spectral distribution of the projectiles. The main advantage of our new model compared with earlier approaches is that we consider the entire SCR particle spectrum up to 240 MeV and not only single energy points. Recoil losses for GCR-produced nuclides are assumed to be equal to recoil losses for SCR-produced nuclides. Combining the model predictions with Poynting-Robertson orbital lifetimes, we calculate cosmic-ray exposure ages for recently studied MMs, cosmic spherules, and IDPs. The ages for MMs and the cosmic-spherule are in the range <2.2–233 Ma, which corresponds, according to the Poynting-Robertson drag, to orbital distances in the range 4.0–34 AU. For two IDPs, we determine exposure ages of longer than 900 Ma, which corresponds to orbital distances larger than 150 AU. The orbital distance in the range 4–6 AU for one MM and the cosmic spherule indicate an origin either in the asteroid belt or release from comets coming either from the Kuiper Belt or the Oort Cloud. Three of the studied MMs have orbital distances in the range 23–34 AU, clearly indicating a cometary origin, either from short-period comets from the Kuiper Belt or from the Oort Cloud. The two IDPs have orbital distances of more than 150 AU, indicating an origin from Oort Cloud comets.

Strukturelle, chemische und isotopische Analysen nanoskaliger präsolarer und früher solarer Kondensate

Neben astronomischen Beobachtungen mittels boden- und satellitengestützer Instrumente existiert ein weiterer experimenteller Zugang zu astrophysikalischen Fragestellungen in Form einer Auswahl extraterrestrischen Materials, das für Laboruntersuchungen zur Verfügung steht. Hierzu zählen interplanetare Staubpartikel, Proben, die von Raumfahrzeugen zur Erde zurückgebracht wurden und primitive Meteorite. Von besonderem Interesse sind sog. primitive kohlige Chondrite, eine Klasse von Meteoriten, die seit ihrer Entstehung im frühen Sonnensystem kaum verändert wurden. Sie enthalten neben frühem solarem Material präsolare Minerale, die in Sternwinden von Supernovae und roten Riesensternen kondensiert sind und die Bildung unseres Sonnensystems weitgehend unverändert überstanden haben. Strukturelle, chemische und isotopische Analysen dieser Proben besitzen demnach eine große Relevanz für eine Vielzahl astrophysikalischer Forschungsgebiete. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Laboranalysen mittels modernster physikalischer Methoden an Bestandteilen primitiver Meteorite durchgeführt. Aufgrund der Vielfalt der zu untersuchenden Eigenschaften und der geringen Größen der analysierten Partikel zwischen wenigen Nanometern und einigen Mikrometern mussten hierbei hohe Anforderungen an Nachweiseffizienz und Ortsauflösung gestellt werden. Durch die Kombination verschiedener Methoden wurde ein neuer methodologischer Ansatz zur Analyse präsolarer Minerale (beispielsweise SiC) entwickelt. Aufgrund geringer Mengen verfügbaren Materials basiert dieses Konzept auf der parallelen nichtdestruktiven Vorcharakterisierung einer Vielzahl präsolarer Partikel im Hinblick auf ihren Gehalt diagnostischer Spurenelemente. Eine anschließende massenspektrometrische Untersuchung identifizierter Partikel mit hohen Konzentrationen interessanter Elemente ist in der Lage, Informationen zu nukleosynthetischen Bedingungen in ihren stellaren Quellen zu liefern. Weiterhin wurden Analysen meteoritischer Nanodiamanten durchgeführt, deren geringe Größen von wenigen Nanometern zu stark modifizierten Festkörpereigenschaften führen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine quantitative Beschreibung von Quanteneinschluss-Effekten entwickelt, wie sie in diesen größenverteilten Halbleiter-Nanopartikeln auftreten. Die abgeleiteten Ergebnisse besitzen Relevanz für nanotechnologische Forschungen. Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden Untersuchungen an frühen solaren Partikeln, sog. refraktären Metall Nuggets (RMN). Mit Hilfe struktureller, chemischer und isotopischer Analysen, sowie dem Vergleich der Ergebnisse mit thermodynamischen Rechnungen, konnte zum ersten Mal ein direkter Nachweis von Kondensationsprozessen im frühen solaren Nebel erbracht werden. Die analysierten RMN gehören zu den ersten Festkörperkondensaten, die im frühen Sonnensystem gebildet wurden und scheinen seit ihrer Entstehung nicht durch sekundäre Prozesse verändert worden zu sein. Weiterhin konnte erstmals die Abkühlrate des Gases des lokalen solaren Nebels, in dem die ersten Kondensationsprozesse stattfanden, zu 0.5 K/Jahr bestimmt werden, wodurch ein detaillierter Blick in die thermodynamische Geschichte des frühen Sonnensystems möglich wird. Die extrahierten Parameter haben weitreichende Auswirkungen auf die Modelle der Entstehung erster solarer Festkörper, welche die Grundbausteine der Planetenbildung darstellen.

Nd, Sr and Pb isotopic composition of eolian dust deposited in the central North Pacific

The silicate fractions of recent pelagic sediments in the central north Pacific Ocean are dominated by eolian dust derived from central Asia. An 11 Myr sedimentary record at ODP Sites 885/886 at 44.7°N, 168.3°W allows the evaluation of how such dust and its sources have changed in response to late Cenozoic climate and tectonics. The extracted eolian fraction contains variable amounts (>70%) of clay minerals with subordinate quartz and plagioclase. Uniform Nd isotopic compositions (epsilon-Nd =38.6 to 310.5) and Sm/Nd ratios (0.170-0.192) for most of the 11 Myr record demonstrate a well-mixed provenance in the basins north of the Tibetan Plateau and the Gobi Desert that was a source of dust long before the oldest preserved Asian loess formed. epsilon-Nd values of up to 36.5 for samples 62.9 Ma indicate <=35 wt% admixture of a young, Kamchatka-like volcanic arc component. The coherence of Pb and Nd in the erosional cycle allows us to constrain the Pb isotopic composition of Asian loess devoid of anthropogenic contamination to 206Pb/204Pb =18.97 +/- 0.06, 207Pb/204Pb =15.67 +/- 0.02, 208Pb/204Pb =39.19 +/- 0.11. 87Sr/86Sr (0.711-0.721) and Rb/Sr ratios (0.39-1.1) vary with dust mineralogy and provide an age indication of ~250 Ma. 40Ar/39Ar ages of six dust samples are uniform around 200 Ma and match the K-Ar ages of modern dust deposited on Hawaii. These data reflect the weighted age average of illite formation. Changes from illite- smectite with significant kaolinite to illite- and chlorite-rich, kaolinite-free assemblages since the late Pliocene document changes in the intensity of chemical weathering in the source region. Such weathering evidently did not disturb the K-Ar systematics, and only induced scatter in the Rb-Sr data. We propose that when smectite forms at the expense of illite, K and Ar are quantitatively lost from what becomes smectite, but are quantitatively retained in adjacent illite layers. 40Ar/39Ar age data, therefore, are insensitive to smectite formation during chemical weathering but date the diagenetic growth of illite, the major K-bearing phase in the dust. Over the past 12 Myr, the dust flux to the north Pacific increased by more than an order of magnitude, documenting a substantial drying of central Asia. This climatic change, however, did not alter the ultimate source of the dust, and neoformational products of chemical weathering always remained subordinate to assemblages reworked by mechanical erosion in dust deposited in eastern Asia and the Pacific Ocean.

2.5PN linear momentum flux from inspiralling compact binaries in quasicircular orbits and associated recoil: Nonspinning case

Anisotropic emission of gravitational waves (GWs) from inspiralling compact binaries leads to the loss of linear momentum and hence gravitational recoil of the system. The loss rate of linear momentum in the far-zone of the source (a nonspinning binary system of black holes in quasicircular orbit) is investigated at the 2.5 post-Newtonian (PN) order and used to provide an analytical expression in harmonic coordinates for the 2.5PN accurate recoil velocity of the binary accumulated in the inspiral phase. The maximum recoil velocity of the binary system at the end of its inspiral phase (i.e at the innermost stable circular orbit (ISCO)) estimated by the 2.5PN formula is of the order of 4 km s(-1) which is smaller than the 2PN estimate of 22 km s(-1). Going beyond inspiral, we also provide an estimate of the more important contribution to the recoil velocity from the plunge phase. The maximum recoil velocity at the end of the plunge, involving contributions both from inspiral and plunge phase, for a binary with symmetric mass ratio nu = 0.2 is of the order of 182 km s(-1).

Radial infall of two compact objects: 2.5-post-Newtonian linear momentum flux and associated recoil

The loss rate of linear momentum from a binary system composed of compact objects (radially falling towards each other under mutual gravitational influence) has been investigated using the multipolar post-Minkowskian approach. The 2.5PN accurate analytical formula for the linear momentum flux is provided, in terms of the separation of the two objects, in harmonic coordinates, both for a finite and an infinite initial separation. The 2.5PN formulas for the linear momentum flux are finally used to estimate the recoil velocity accumulated during a premerger phase of the binary evolution.

Average energy loss measured in single and double electron capture collisions of He2 on Ar at low velocities

Employing the recoil ion momentum spectroscopy we investigate the collision between He2+ and argon atoms. By measuring the recoil longitudinal momentum the energy losses of projectile are deduced for capture reaction channels. It is found that in most cases for single- and double-electron capture, the inner electron in the target atom is removed, the recoil ion is in singly or multiply excited states (hollow ion is formed), which indicates that electron correlation plays an important role in the process. The captured electrons prefer the ground states of the projectile. It is experimentally demonstrated that the average energy losses are directly related to charge transfer and electronic configuration.

Does psychological stress mediate social deprivation in tooth loss?

It is unclear which theoretical dimension of psychological stress affects health status. We hypothesized that both distress and coping mediate the relationship between socio-economic position and tooth loss. Cross-sectional data from 2915 middle-aged adults evaluated retention of < 20 teeth, behaviors, psychological stress, and sociodemographic characteristics. Principal components analysis of the Perceived Stress Scale (PSS) extracted 'distress' (a = 0.85) and 'coping' (a =0.83) factors, consistent with theory. Hierarchical entry of explanatory variables into age- and sex-adjusted logistic regression models estimated odds ratios (OR) and 95% confidence intervals [95% CI] for retention of < 20 teeth. Analysis of the separate contributions of distress and coping revealed a significant main effect of coping (OR = 0.7 [95% CI = 0.7-0.8]), but no effect for distress (OR = 1.0 [95% CI = 0.9-1.1]) or for the interaction of coping and distress. Behavior and psychological stress only modestly attenuated socio-economic inequality in retention of < 20 teeth, providing evidence to support a mediating role of coping.

Beyond Bryan: Builders' liability and pure economic loss

In Bryan v Maloney, the High Court extended a builder’s duty of care to encompass a liability in negligence for the pure economic loss sustained by a subsequent purchaser of a residential dwelling as a result of latent defects in the building’s construction. Recently, in Woolcock Street Investments Pty Ltd v CDG Pty Ltd, the Court refused to extend this liability to defects in commercial premises. The decision therefore provides an opportunity to re-examine the rationale and policy behind current jurisprudence governing builders’ liability for pure economic loss. In doing so, this article considers the principles relevant to the determination of a duty of care generally and whether the differences between purchasers of residential and commercial properties are as great as the case law suggests

Optimal allocation and sizing of capacitors to minimize the transmission line loss and to improve the voltage profile

To allocate and size capacitors in a distribution system, an optimization algorithm, called Discrete Particle Swarm Optimization (DPSO), is employed in this paper. The objective is to minimize the transmission line loss cost plus capacitors cost. During the optimization procedure, the bus voltage, the feeder current and the reactive power flowing back to the source side should be maintained within standard levels. To validate the proposed method, the semi-urban distribution system that is connected to bus 2 of the Roy Billinton Test System (RBTS) is used. This 37-bus distribution system has 22 loads being located in the secondary side of a distribution substation (33/11 kV). Reducing the transmission line loss in a standard system, in which the transmission line loss consists of only about 6.6 percent of total power, the capabilities of the proposed technique are seen to be validated.