HAL Id: jpa-00226240
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00226240
Submitted on 1 Jan 1987
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
INVESTIGATION OF THE LUMINESCENCE EMITTED BY PULSE-IRRADIATED D2O ICE
C. Vernon, T. Quickenden, D. Sangster
To cite this version:
C. Vernon, T. Quickenden, D. Sangster. INVESTIGATION OF THE LUMINESCENCE EMITTED BY PULSE-IRRADIATED D2O ICE. Journal de Physique Colloques, 1987, 48 (C1), pp.C1-67-C1-73.
�10.1051/jphyscol:1987110�. �jpa-00226240�
JOURNAL DE PHYSIQUE
Colloque C1, supplbment au n o 3, Tome 48, m a r s 1987
INVESTIGATION OF THE LUMINESCENCE EMITTED BY PULSE-IRRADIATED D,O ICE
C.F. VERNON, T.I. QUICKEN DEN(^) a n d D.F. SANGSTER'
Department of Physical and Inorganic Chemistry, The University of Western Australia, Nedlands W.A. 6009, Australia
*c.s.I.R.O. Division of Chemical Physics, Lucas Heights Research Laboratories, Private Mail Bag 7, Sutherland, N.S.W. 2232, Australia
Resum6 - De l a g l a c e de D20 p u r i f i e e a 6 t h i r r a d i e e par d e s p u l s e s B l e c t r o n i q u e s de 0,53 MeV e t l e s d i s t r i b u t i o n s s p e c t r a l e s de l a luminescence a i n s i que l a durhe de v i e o n t ht.6 e n r e g i s t r e e s e n t r e 200 e t 800 nm. Les'pics o n t 6 t h o b s e r v e s 390 e t 540 nm e t il a p p a r a i t qulaucune de c e s &missions n l e s t d u e w x i m p u r e t k . L'Bmission e s t p l u s i n t e n s e dans l e c a s de l a g l a c e D20 que dans c e l u i d e l a g l a c e Hz0 pour t o u t l e domaine de longueur dlonde e t l e s dur6es de v i e dans l e c a s de l a g l a c e D20 v a r i e n t de 170 n s & 390 nm jusqu1,2 60 n s 2 540 nm e t s o n t p l u s grandes que les v a l e u r s Doyennes correspondantes, 150 n s e t 25 n s pour l a g l a c e Hz0
A B S T R A C T - P u r i f i e d D 2 0 i c e w a s i r r a d i a t e d w i t h p u l s e s o f 0.53 MeV e l e c t r o n s a n d t h e s p e c t r a l d i s t r i b u t i o n s o f t h e l u m i n e s c e n c e i n t e n s i t y a n d h a l f - l i f e w e r e r e c o r d e d b e t w e e n 2 0 0 a n d 8 0 0 nm. E m i s s i o n p e a k s w e r e o b s e r v e d a t 3 9 0 a n d 5 4 0 nm a n d i t w a s s h o w n t h a t n o n e o f t h e s e e m i s s i o n s w a s c a u s e d by l u m i n e s c e n t i m p u r i t i e s . T h e e m i s s i o n f r o m D20 i c e w a s m o r e i n t e n s e t h a n f r o m H20 i c e a t a l l w a v e l e n g t h s a b o v e 3 7 0 nm. T h e h a l f - l i v e s o f t h e l u m i n e s c e c e d e c a y i n D 2 0 i c e v a r i e d f r o m 1 7 0 n s a t 3 9 0 nm t o 6 0 n s a t 5 4 0 nm a n d w e r e l o n g e r t h a n t h e c o r r e s p o n d i n g v a l u e s o f c a . 1 4 0 n s a n d 25 n s f o r H 2 0 i c e .
1. INTRODUCTION
P r e v i o u s i n v e s t i g a t i o n s by o u r r e s e a r c h g r o u p h a v e i n c l u d e d s t u d i e s o f t h e l u m i n e s c e n c e s e m i t t e d by H20 i c e e x c i t e d by u l t r a v i o l e t l i g h t C11 a n d by a 0.53 MeV p u l s e d e l e c t r o n beam [2,3,41. T h e p r e s e n t i n v e s t i g a t i o n e x t e n d s t h e l a t t e r s t u d i e s t o D20 i c e a n d a l s o f o l l o w s a r e c e n t s t u d y C51 o f t h e l u m i n e s c e n c e e m i t t e d b y e l e c t r o n p u l s e i r r a d i a t e d D20 v a p o u r .
E l e c t r o n - i r r a d i a t e d Hz0 i c e e m i t s l u m i n e s c e n c e e x t e n d i n g f r o m 280 nm t o a t l e a s t 6 0 0 nm a n d s h o w s o n l y o n e s p e c t r a l p e a k 12.31. T h i s l u m i n e s c e n c e c a n b e s e p a r a t e d i n t o t h r e e d i s t i n g u i s h a b l e b a n d s p o s s e s s i n g d i f f e r e n t d e c a y k i n e t i c s C41 a n d d i f f e r e n t m e m o r y e f f e c t s C31. T h e s e t h r e e b a n d s a r e c o m p r i s e d o f 13.41 a w e a k e m i s s i o n a r o u n d 2 8 0 n m , a n i n t e n s e b a n d w i t h a w e l l d e v e l o p e d p e a k a r o u n d 385 nm a n d a b r o a d . m e d i u m - i n t e n s i t y e m i s s i o n , e x t e n d i n g f r o m c a . 4 5 0 nm t o 600 nm.
P u b l i s h e d l u m i n e s c e n c e s p e c t r a o f i r r a d i a t e d D20 i c e ( F i g . 1) a r e s u r p r i s i n g l y d i f f e r e n t f r o m t h e a b o v e i n t h a t a t l e a s t t w o s p e c t r a l p e a k s h a v e b e e n r e p o r t e d . H o w e v e r , t h e n u m b e r o f p e a k s a n d t h e i r w a v e l e n g t h s a n d r e l a t i v e i n t e n s i t i e s v a r y f r o m w o r k e r t o w o r k e r . T h u s
(')please address all correspondence to : T.I. Quickenden, at the above address
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1987110
C1-68 J O U R N A L D E PHYSIQUE
t h e s e v e r a l p u b l i c a t i o n s r e f e r r e d t o i n F i g u r e 1 v a r i o u s l y r e p o r t t h a t t h e m a x i m u m o f t h e s e c o n d p e a k i s a t 5 3 4 nm 1 6 1 , 4 9 0 nm 1 7 1 o r c a . 5 3 0 nm 1 8 1 . U n f o r t u n a t e l y , i t i s n o t a l w a y s c l e a r t h a t t h e D 2 0 s a m p l e s u s e d i n s u c h s t u d i e s 1 6 . 8 1 h a v e b e e n f r e e d f r o m t r a c e s o f o r g a n i c i m p u r i t i e s by a p p r o p r i a t e o x i d a t i v e p u r i f i c a t i o n r e g i m e s . I t i s t h e r e f o r e p o s s i b l e t h a t t h e r a t h e r v a r i a b l e l u m i n e s c e n c e p e a k n e a r 5 0 0 nm i n D 2 0 i c e a r i s e s f r o m t h e p r e s e n c e o f t r a c i s o i l i g h t - e m i t t i n g o r g a n i c i m p u r i t i e s .
Wavelength / nm
F i g . 1. P r e v i o u s l y r e p o r t e d l u m i n e s c e n c e s p e c t r a o f D20 i c e a t 77K s h o w i n g t h e l a r g e v a r i a t i o n s b e t w e e n d i f f e r e n t s t u d i e s . T h e i n t e n s i t i e s h a v e b e e n n o r m a l i z e d t o u n i t i n t e n s i t y a t t h e h i g h e s t p e a k i n e a c h c a s e . T h e s e s p e c t r a a r e t a k e n f r o m r e f e r e n c e s I 6 1 (a@*), C71 ( ) a n d 1 8 1 (AAA).
T h e p r e s e n t i n v e s t i g a t i o n t h u s u s e s s a m p l e s o f D 2 0 w h i c h h a v e b e e n p r e p a r e d by t h e s a m e o x i d a t i v e p u r i f i c a t i o n s c h e m e w h i c h w a s u s e d f o r t h e s t u d y [ 2 , 3 , 4 1 o f H20 i c e . T h e s e s a m p l e s w e r e i r r a d i a t e d w i t h t h e s a m e e l e c t r o n s o u r c e u s e d i n t h a t s t u d y i n o r d e r t o o b t a i n a d e f i n i t i v e c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e l u m i n e s c e n c e s p e c t r a o f D20 a n d H20 i c e s , f r e e f r o m c o m p l i c a t i o n s w h i c h l u m i n e s c e n t i m p u r i t i e s m i g h t i n t r o d u c e a n d f r e e f r o m a n y d i f f e r e n c e s w h i c h m i g h t be c a u s e d by t h e u s e o f e x c i t i n g r a d i a t i o n s o f d i f f e r e n t e n e r g i e s o r d u r a t i o n s . A f u r t h e r a i m o f t h e p r e s e n t s t u d y w a s t o o b t a i n p r e v i o u s l y u n a v a i l a b l e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e h a l f - l i v e s o f ' t h e v a r i o u s l u m i n e s c e n c e s e m i t t e d b y t h e D 2 0 i c e .
2.1. S a m p l e P u r i t y
A l t h o u g h D20 s a m p l e s c a n b e o b t a i n e d a t r e l a t i v e l y h i g h l e v e l s o f i s o t o p i c p u r i t y w i t h r e s p e c t t o Hz0 a n d T20, c o m m e r c i a l s u p p l i e r s g i v e l i t t l e i n f o r m a t i o n a b o u t t h e p r e s e n c e o f o r g a n i c c o n t a m i n a n t s . D20 w a s t h e r e f o r e p u r i f i e d i n a f o u r s t a g e s t i l l . D i s t i l l a t i o n f r o m a l k a l i n e p e r m a n g a n a t e w a s f o l l o w e d by r e - d i s t i l l a t i o n , t h e n d i s t i l l a t i o n f r o m a c i d i f i e d d i c h r o m a t e a n d a f i n a l r e - d i s t i l l a t i o n . H i g h - p u r i t y o x y g e n , f r e e f r o m H z 0 [ 9 1 , w a s b u b b l e d t h r o u g h t h e s t i l l t o p r o v i d e a n o x i d i z i n g a t m o s p h e r e a n d t o p r e v e n t ' b u m p i n g ' . I n s o m e e x p e r i m e n t s . f u r t h e r o x i d a t i v e p u r i f i c a t i o n w a s c a r r i e d o u t b y s e a l i n g 5 0 c m 3 q f t h e p u r i f i e d D20 i n a 1 0 0 0 cm3 r o u n d - b o t t o m f l a s k u n d e r a n a t m o s p h e r e o f h i g h p u r i t y o x y g e n a n d t h e n s u b j e c t i n g i t t o 2 0 M r a d o f 6 0 ~ o y - r a d i a t i o n . T h e D 2 0 w a s t h e n r e - d i s t i l l e d i n t o a n o t h e r f l a s k a f t e r
d e g r a d a t i o n o f a n y D 2 0 2 u s i n g p l a t i n u m - b l a c k c a t a l y s t o n a p l a t i n u m f o i l s u b s t r a t e . T h e i s o t o p i c p u r i t y o f t h e D20 w a s m o n i t o r e d u ' s i n g a n i n f r a r e d a b s o r b a n c e t e c h n i q u e [lo], a n d d i d n o t f a l l b e l o w 99.4% a f t e r d i s t i l l a t i o n a n d t r a n s f e r .
2.2. P r e p a r a t i o n o f D20 I c e S a m p l e s
L i q u i d D20 w a s f i r s t d e g a s s e d b y s e v e r a l f r e e z e - t h a w v a c u u m d e g a s s i n g c y c l e s a n d w a s t h e n s l o w l y f r o z e n u n d e r v a c u u m i n t h e s a m p l e h o l d e r s h o w n i n F i g u r e 2. When v i e w e d u n d e r p o l a r i z e d l i g h t , t h e s e s a m p l e s w e r e s e e n t o b e c o m p o s e d o f c a . 3 0 0 s e p a r a t e l y i d e n t i f i a b l e c r y s t a l s p e r cm2. U s i n g H20, we h a v e f o u n d t h a t t h e e x t e n t o f s a m p l e f r a g m e n t a t i o n d o e s n o t a f f e c t t h e i n t e n s i t y o r d e c a y k i n e t i c s o f t h e i c e e m i s s i o n s . I t w a s c o n s e q u e n t l y n o t i m p o r t a n t t h a t t h e p r e s e n t s t u d y w a s c a r r i e d o u t o n i c e s a m p l e s p r e p a r e d i n a s a m p l e h o l d e r ( F i g u r e 2 ) w h i c h p r o d u c e d m o r e f r a g m e n t a t i o n o f t h e i c e t h a n d i d t h e s a m p l e p r e p a r a t i o n t e c h n i q u e u s e d f o r t h e s t u d y 12-41 o f Hz0 i c e .
F i g . 2. I c e s a m p l e h o l d e r c r o s s - s e c t i o n a l v i e w a ) l i q u i d N2 i n l e t l o u t l e t , b ) t h e r m o c o u p l e , c ) i c e s a m p l e , d ) c o p p e r b l o c k .
C
side view front
3 . P u l s e R a d i o l y s i s
F i g u r e 3 c o n t a i n s a s c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e p u l s e r a d i o l y s i s s y s t e m . D20 i c e was e x c i t e d b y 0.53 MeV e l e c t r o n s f r o m a F e b e t r o n 7 0 6 p u l s e d e l e c t r o n a c c e l e r a t o r w h i c h p r o d u c e d a p p r o x i m a t e l y t r i a n g u l a r p u l s e s o f a b o u t 3 n s d u r a t i o n [Ill. T h e l i g h t d e t e c t i o n s y s t e m
Trigger
I
F i g . 3. A s c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e p u l s e r a d i o l y s i s a n d l i g h t .
d e t e c t i o n s y s t e m s .
p, A
E;rhTT@generotor
Fast Sweep
R.F. Shield
- lead shielding
JOURNAL DE PHYSIQUE
c o n t a i n e d t w o l e n s e s t o f o c u s l u m i n e s c e n c e f r o m t h e D20 i c e s a m p l e o n t o t h e e n t r a n c e s l i t o f a B a u s c h a n d L o m b H i g h I n t e n s i t y M o n o c h r o m a t o r . T h e m o n o c h r o m a t e d l i g h t w a s t h e n p a s s e d t o a H a m a m a t s u R 9 2 8 p h o t o m u l t i p l i e r t u b e w i t h a f a s t r e s p o n s e d y n o d e c h a i n . T h e p h o t o c u r r e n t t h u s o b t a i n e d w a s d i s p l a y e d a s a f u n c t i o n o f t i m e o n a T e k t r o n i x 7 8 3 4 s t o r a g e o s c i l l o s c o p e . P e r m a n a n t r e c o r d s o f t h e p h o t o c u r r e n t t r a c e s w e r e m a d e o n 3 0 0 0 ASA P o l a r o i d f i l m . I n t e n s i t y m e a s u r e m e n t s w e r e m a d e 2 0 n s a f t e r t h e c o m m e n c e m e n t o f t h e p u l s e t o a v o i d a n y d i s t u r b a n c e s d u e t o t h e e f f e c t s o f t h e s t r o n g C e r e n k o v a n d o t h e r e a r l y e m i s s i o n s o n t h e p h o t o m u l t i p l i e r t u b e . A p p r o p r i a t e n e u t r a l d e n s i t y f i l t e r s w e r e u s e d t o e n s u r e t h e l i n e a r i t y o f t h e p h o t o m u l t i p l i e r r e s p o n s e . T h e i c e s a m p l e was m a i n t a i n e d i n a v a c u u m o f l e s s t h a n 5 x T o r r a n d w a s k e p t a t a t e m p e r a t u r e o f 7 7 i 1 K b y c i r c u l a t i n g l i q u i d n i t r o g e n t h r o u g h t h e s a m p l e h o l d e r .
3. R E S U L T S A I D D I S C U S S I O N
3 . 1 A c c u m u l a t i o n o f t h e E m i s s i o n I n t e n s i t y
A s i n t h e c a s e o f H z 0 i c e f 2 , 3 1 , t h e i n t e n s i t y o f t h e t o t a l e m i s s i o n f r o m a p r e v i o u s l y - u n i r r a d i a t e d D 2 0 s a m p l e i n c r e a s e d t o a p l a t e a u i n t e n s i t y w i t h r e p e a t e d i r r a d i a t i o n . I n t h e p r e s e n t c a s e , t h i s p l a t e a u w a s r e a c h e d a f t e r s o m e 3 5 t o 4 0 i r r a d i a t i o n p u l s e s . T h i s r i s e o f i n t e n s i t y w a s a t t r i b u t e d t o t h e a c c u m u l a t i o n o f a p r e c u r s o r s p e c i e s . T h e e m i s s i o n w a s d i v i s i b l e i n t o t w o n o n - a c c u m u l a t i n g w a v e l e n g t h r e g i o n s a n d o n e s t r o n g l y a c a u m u l a t i n g r e g i o n . T h e s e s p e c t r a l s u b d i v i s i o n s w i l l b e d e s c r i b e d m o r e f u l l y i n a f u t u r e p u b l i c a t i o n . A l l s u b s e q u e n t m e a s u r e m e n t s d e s c r i b e d i n t h i s p a p e r w e r e c a r r i e d o u t o n s a m p l e s w h i c h h a d b e e n b r o u g h t t o a p l a t e a u i n t e n s i t y by i r r a d i a t i n g w i t h m o r e t h a n 4 0 e l e c t r o n p u l s e s .
3 . 2 E m i s s i o n S p e c t r u m
F i g u r e 4 s h o w s t h e e m i s s i o n s p e c t r a o f D 2 0 i c e a n d H 2 0 i c e a t 7 7 k 1 K. I t c a n b e s e e n t h a t t h e e m i s s i o n f r o m D 2 0 i c e i s m o r e i n t e n s e t h a n t h a t f r o m H z 0 i n t h e 3 7 0 - 6 5 0 nm r a n g e . I n o r d e r t o c h e c k w h e t h e r t h e o x i d a t i v e p u r i f i c a t i o n r e g i m e u s e d w a s s u f f i c i e n t t o r e m o v e a l l l u m i n e s c e n t o r g a n i c i m p u r i t i e s a D20 s a m p l e w a s s u b j e c t e d t o 2 0 M r a d o f 6 0 ~ o y - r a d i a t i d n a n d a f u r t h e r d i s t i l l a t i o n p r i o r t o f r e e z i n g . N e i t h e r t h e l u m i n e s c e n c e s p e c t r u m n o r t h e e m i s s i o n h a l f l i v e s w e r e a f f e c t e d b y t h i s f u r t h e r p u r i f i c a t i o n . I t i s m o s t u n l i k e l y t h a t l i g h t e m i t t i n g o r g a n i c i m p u r i t i e s w o u l d n o t b e r e m o v e d o r a t l e a s t r e d u c e d i n c o n c e n t r a t i o n by s u c h v i g o r o u s t r e a t m e n t .
T h e c o p p e r s a m p l e h o l d e r w a s c l e a n e d b y l i g h t l y a b r a i d i n g w i t h 2 4 0 0 g r a d e e m e r y p a p e r i n a c a l c i u m h e x a m e t a p h o s p h a t e s o l u t i o n f o l l o w e d b y f r e q u e n t l y r i n s i n g u n t i l t h e m e t a l s u r f a c e w a s b r i g h t . T h e s u r f a c e w a s t h e n r i n s e d t h o r o u g h l y i n t r i p l y d i s t i l l e d H z 0 f o l l o w e d b y q u a d r u p l y d i s t i l l e d D 2 0 a n d t h e n d r i e d a n d s t o r e d u n d e r v a c u u m u n t i l u s e d . T h e l i k e l i h o o d o f c u 2 + b e i n g t h e s o u r c e o f t h e e m i s s i o n s w a s d i s c o u n t e d b e c a u s e s a m p l e s c o n t a i n i n g u p t o 2 . 3 x 1 0 - ~ m o l 1-I C u S 0 4 s h o w e d t h e s a m e e m i s s i o n s p e c t r u m a s p u r e D2O.
I t i s c l e a r f r o m t h e a b o v e e x p e r i m e n t s t h a t t h e 5 4 0 nm p e a k f r o m D 2 0 i s n o t a n a r t i f a c t d u e t o l u m i n e s c e n t i m p u r i t i e s i n t h e i c e . H o w e v e r , i t i s c o n c e i v a b l e t h a t c o n t a m i n a t i o n o f D 2 0 i c e s a m p l e s b y a t m o s p h e r i c H z 0 c o u l d e x p l a i n t h e v a r i a b l e 5 4 0 nm p e a k p o s i t i o n s r e p o r t e d by p r e v i o u s w o r k e r s 1 6 , 7 , 8 1 , a s t h e i n t e n s i t y i n t h i s r e g i o n i s k n o w n t o b e d e c r e a s e d [ 6 1 b y t h e p r e s e n c e o f r e l a t i v e l y s m a l l
a m o u n t s o f Hz0 i n t h e D20 l a t t i c e . T h e t i m e r e s o l u t i o n w i t h w h i c h t h e i n t e n s i t y m e a s u r e m e n t s w e r e m a d e c o u l d a l s o b e a c a u s e o f t h e d i f f e r e n c e s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e . T h e 390 nm p e a k d e c a y s o v e r a m u c h l o n g e r t i m e p e r i o d t h a n t h e 540 nm p e a k , w h e n c e m e a s u r e m e n t s o f i n t e n s i t y a t d i f f e r e n t t i m e s w o u l d s h o w o v e r l a p p i n g b a n d s a t d i f f e r e n t r e l a t i v e i n t e n s i t i e s .
Wavelength / nm
F i g . 4. T h e e m i s s i o n s p e c t r a o f D 2 0 i c e (a) a n d H z 0 i c e ( M ) a t 77*1 K , m e a s u r e d 20 n s a f t e r t h e c o m m e n c e m e n t o f t h e e x c i t a t i o n p u l s e . A 1 0 nm b a n d p a s s w a s u s e d . E a c h p o i n t i s t h e m e a n o f e i g h t m e a s u r e m e n t s , f o u r b e i n g f r o m o n e s a m p l e , f o u r f r o m a n o t h e r s a m p l e . E r r o r b a r s a r e s h o w n f o r s o m e p o i n t s a n d a r e 50% c o n f i d e n c e i n t e r v a l s . R e l a t i v e G v a l u e s a r e b e l i e v e d a c c u r a t e t o w i t h i n t h e e r r o r b a r s s h o w n . A b s o l u t e G v a l u e s c o u l d c o n t a i n s y s t e m a t i c e r r o r s o f u p t o a n o r d e r o f m a g n i t u d e .
3.3 P r e l i m i n a r y I n v e s t i g a t i o n o f t h e L u m i n e s c e n c e D e c a y K i n e t i c s T h e w o r k o f Q u i c k e n d e n e t a l . [2,3,41 o n t h e l u m i n e s c e n c e f r o m e l e c t r o n - i r r a d i a t e d H 2 0 i c e s u g g e s t s t h a t t h e 4 5 0 - 6 5 0 nm e m i s s i o n t h e r e i n a r i s e s f r o m a p r o c e s s w h i c h i s d i f f e r e n t f r o m t h e o n e r e s p o n s i b l e f o r t h e m a i n 3 8 5 nm e m i s s i o n b a n d . F i g u r e 5 s h o w s t h e v a r i a t i o n w i t h w a v e l e n g t h o f t h e f i r s t e m i s s i o n h a l f - l i f e o f D20 i c e ( m e a s u r e d f r o m 2 0 n s a f t e r t h e b e g i n n i n g o f t h e e x c i t a t i o n p u l s e ) , t o g e t h e r w i t h d a t a f o r Hz0 i c e f r o m t h e w o r k o f T r o t m a n e t a l . 141.
T h e 3 9 0 nm e m i s s i o n f r o m D 2 0 h a s a f i r s t h a l f - l i f e o f c a . 1 7 0 n s a n d a s t h e w a v e l e n g t h m o v e s t o w a r d t h e 5 4 0 nm p e a k , t h e f i r s t h a l f l i f e d e c r e a s e s s h a r p l y t o c a . 6 0 ns.
A t m o s t o f t h e w a v e l e n g t h s s h o w n i n F i g u r e 5, t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e D 2 0 a n d H z 0 l u m i n e s c e n c e h a l f - l i v e s a r e l a r g e r t h a n t h e e r r o r b a r s . I s o t o p i c e f f e c t s o n t h e r e l a t i v e r a t e s o f q u e n c h i n g o f e x c i t e d OH b y Hz0 a n d o f O D b y D 2 0 c a n a c c o u n t [51 f o r o n l y a c a . 4%
c h a n g e i n h a l f - l i f e . T h e s e m a t t e r s w i l l b e d e a l t w i t h i n a l a t e r , m o r e d e t a i l e d p u b l i c a t i o n w h i c h w i l l d e a l w i t h t h e d e c a y k i n e t i c s o f t h e 540 nm e m i s s i o n a n d t h e i d e n t i f i c a t i o n o f t h e e m i t t i n g s p e c i e s a n d o f t h e p r o c e s s e s w h i c h l e a d t o t h e i r f o r m a t i o n .
JOURNAL DE PHYSIQUE
Wavelength / nm
F i g . 5. T h e f i r s t h a l f - l i f e o f t h e l u m i n e s c e n c e d e c a y , m e a s u r e d 2 0 n s a f t e r t h e c o m m e n c e m e n t o f t h e e x c i t a t i o n p u l s e , f o r b o t h D 2 0 i c e (0) a n d H z 0 i c e (0) ( H z 0 d a t a f r o m r e f e r e n c e 4 ) .
ACKNOWLEDGEMENTS
T h e a u t h o r s g r a t e f u l l y a c k n o w l e d g e f u n d i n g b y t h e A u s t r a l i a n I n s t i t u t e o f N u c l e a r S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g a n d t e c h n i c a l a s s i s t a n c e b y M r G. B a x t e r o f t h e C.S.I.R.O.. O n e o f t h e a u t h o r s (C.F.V) i s g r a t e f u l t o t h e U n i v e r s i t y o f W e s t e r n A u s t r a l i a f o r t h e t e n u r e o f a U n i v e r s i t y R e s e a r c h S t u d e n t s h i p .
REFERENCES
1. T.I. Q u i c k e n d e n , R.A. J. L i t j e n s , C.G. F r e e m a n a n d S.M. T r o t m a n , Chem. Phvs. L e t t . 1 1 4 ( 1 9 8 5 ) 1 6 4 - 1 6 7 .
2. T.I. Q u i c k e n d e n , S.M. T r o t m a n a n d D.F. S a n g s t e r , J, _C_h_em, _P_hy_sL 7 7 ( 1 9 8 2 ) 3 7 9 0 - 3 8 0 2 .
3. T.I. Q u i c k e n d e n , S.M. T r o t m a n a n d D.F. S a n g s t e r , _R_a_dLsLL .&s,
101 ( 1 9 8 5 ) 407-411.
4 . S.M. T r o t m a n , T. I. Q u i c k e n d e n a n d D. F. S a n g s t e r , J, _ C _ h _ e ~ - _q_hy_s 8 5 ( 1 9 8 6 ) 2 5 5 5 - 2 5 6 8 .
5 . T . I . Q u i c k e n d e n , C.F. V e r n o n a n d D.F. S a n g s t e r , J. Chem. _Phy_sL
8 5 ( 1 9 8 6 ) 8 0 - 8 5 .
6. H.B. S t e e n a n d J.Aa. H o l t e n g , JL _C_h_e_m, B y & 6 3 ( 1 9 7 5 ) 2 6 9 0 - 2 6 9 7 .
7. R.H. P r i n c e , G.N. S e a r s a n d F.J. M o r g a n . J, _C_h_em, _Phy_s 6 4 ( 1 9 7 6 ) 3 9 7 8 - 3 9 8 4 .
8. G.V. B u x t o n , H.A. G i l l i s a n d N.V. K l a s s e n , _C_aq, _ChS?& 5 5 1
( 1 9 7 7 ) 2 3 8 5 - 2 3 9 5 .
9. G a s e s ( p u b l i c a t i o n G M - J S / L S 2 3 2 / 1 0 M / 1 0 8 2 ) , C o m m o n w e a l t h I n d u s t r i a l G a s e s , A u s t r a l i a .
1 0 . V. T h o r n t o n a n d F.E. C o n d o n , A n a l . Chem. 2 2 ( 1 9 5 9 ) 6 9 0 - 6 9 1 . 11. ' F e b e t r o n O p e r a t i o n M a n u a l ' , F i e l d E m i s s i o n C o r p o r a t i o n ,
M c M i n n v i l l e , O r e g o n . U. S. A.
COMMENTS
Could you may be g i v e a t l e a s t a t e n t a t i v e assignment o f t h e s p e c t r a l d a t a t o a c t u a l s p e c i e s ?
Answer :
The 390 nm peak h a s p r e v i o u s l y been a s s i g n e d i n ~~0 (Trotman e t a l , J . Chem. Phys.
1986, i n P r e s s ) t o t h e + ~2 t r a n s i t i o n o f OH. S i m i l a r l y , t h i s e m i s s i o n i n D20 i c e is a s s i g n e d t o OD ~2 +. The 540 nm emission shows d i f f e r e n t k i n e t i c behaviour t o t h e 390 nm e m i s s i o n . P r e l i m i n a r y i n v e s t i g a t i o n s i n d i c a t e t h a t t h e s p e c i e s r e s p o n s i b l e a r e formed by geminate recombination i n r a d i a t i o n s p u r s , probably a n e l e c t r o n combining w i t h D30+ o r OD t o g i v e D30 o r OD- , which t h e n i n d e r g o e s a r a d i a t i v e t r a n s i t i o n . A f u l l t r e a t m e n t of t h e k i n e t i c behaviour and assignment o f t h e e m i s s i o n s w i l l be p u b l i s h e d i n t h e n e a r f u t u r e .
