Electron-stimulated desorption oflLunar surface regolith analogues

Abstract

Elektronen innerhalb des Sonnenwinds können ungehindert mit Oberflächen von Gesteinskörpern in Abwesenheit eines Magnetfelds oder einer Atmosphäre interagieren. Die Zusammensetzung der Exosphäre basiert auf der Oberflächenbeschaffenheit, was die Möglichkeit bietet, Informationen bezüglich der Oberfläche durch Exosphärenanalyse während Flyby-Missionen zu sammeln. Obwohl Daten über den Einfluss von Ionen aus dem Sonnenwind auf die Exosphärenbildung vorliegen, sind die Informationen zum Einfluss der Elektronen bisher relativ begrenzt.In dieser Arbeit wird der Massenabtrag durch elektronenstimulierte Desorption an lunarem Analogmaterial Enstatit untersucht. Zu diesem Zweck wurde die Quarzkristallmikrowaage (QCM) Technik verwendet. In diesem Fall wird eine dünne Schicht des zu untersuchenden Materials auf einen gold Quarz aufgebracht und bei Beobachtung der Veränderung der Resonanzfrequenz des Quarzes, können Informationen über Massenveränderungen in Echtzeit und in situ erhalten werden.Nachdem ein Verfahren zur Messung der durch Elektronenstimulation ausgelösten Desorption entwickelt wurde, wurde der von der Elektronenquelle FS40A1 von PRE-VAC emittierte Elektronenstrahl analysiert.Mit dem Elektronenstrahl wurden Messungen zur Desorption von Teilchen aus dem lunaren Analogmaterial Enstatit MgSiO unter Elektronenbestrahlung mit Elektronenenergien im Bereich von 10 eV – 500 eV durchgeführt. Dabei wurde eine Schwellenenergie bestimmt und eine lineare Korrelation zwischen Elektronenenergie und dem Massenabtrag beobachtet.Zusätzliche Experimente mit LiF, einem Probenmaterial mit gut dokumentierten hohen Desorptionseffekten, zeigten ebenfalls eine lineare Korrelation zwischen Energie und Masseneliminierung bei einer Temperatur von 120°C. Bei Raumtemperatur konnte dieser lineare Zusammenhang nicht festgestellt werden. Eine mögliche Erklärung könnte die Aufladung der Probe unter Bestrahlung mit Elektronen sein aber weitere Messungen wären notwendig um diese Hypothese zu bestätigen.

Electrons within the solar wind can interact with surfaces of rocky bodies without a magnetic field or atmosphere. The composition of the exosphere is linked to surface properties like its composition, which presents an opportunity to gather surface information through exosphere analysis during flyby missions. Although data regarding the impact of ions from the solar wind on exosphere formation are available, information on the influence of electrons, especially regarding mass loss due to electron stimulated desorption (ESD) processes, is relatively limited.In this thesis, the mass removal caused by ESD on the lunar analogue material enstatite is investigated. For this purpose, the quartz crystal microbalance (QCM) technique is used. Thereby, a thin film of the analoge material is deposited on one gold electrode of a quartz resonator, and by observing changes in the resonance frequency, information about mass changes is gained in real time and in situ. After developing an experimental protocol to use the QCM implemented at the Institute of Applied Physics at TU Wien also for electron-stimulated desorption measurements, the electron beam emitted by the FS40A1 electron source from PREVAC is analyzed.With the electron beam, measurement regarding the desorption of particles from the lunar analogue material enstatite MgSiO under electron irradiation with elec-tron energies in the range of 10 eV – 500 eV were carried out. A threshold energy for desorption was found and a linear correlation between electron energy and the mass ejection was observed. Additional experiments with LiF, a sample material with a well-documented high desorption yield, also demonstrated a linear correlation between electron impact energy and desorbed mass at a sample temperature of 120°C. At room temperature, this linear correlation could not be observed. A possible explanation could be charging of the sample under electron irradiation, but further measurements will be needed to confirm this hypotheses.