Mössbauer spektroskopi

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 17 april 2020; kontroller kräver 8 redigeringar .
Mössbauer spektroskopi
Döpt efter Mössbauer, Rudolf Ludwig
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Mössbauerspektroskopi (från tyska  Mößbauerspektroskopie ) - en metod för nukleär gammaresonans , baserad på Mössbauereffekten , som består i resonansabsorption utan rekyl av en atomkärna av monokromatisk gammastrålning som sänds ut av en radioaktiv källa.

Metoden för nukleär gammaresonans används inom fysikalisk materialvetenskap, geologi [1] , kemi och biologi.

Essensen av metoden

Vid absorptions-Mössbauer-spektroskopi (den vanligaste typen av metod) skannas det absorberande provet med gammakvanta som emitteras av exciterat järn-57 ( 57 Fe), iridium-191 ( 191 Ir) eller annan Mössbauer-isotop. Bakom absorbatorn finns en detektor som mäter absorptionskoefficienten för gammastrålar av provet. Provet måste innehålla samma kärnor ( 57 Fe, 191 Ir, etc.). Exciterade kärnor i källan skapas av sönderfallet av motsvarande radioaktiva isotop (till exempel 57 Co som förvandlas till ett exciterat tillstånd av 57 Fe).

Under normala förhållanden får en kärna som sänder ut en gammastråle ett rekylmomentum på grund av lagen om bevarande av momentum , eftersom gammastrålen bär bort momentumet. Den absorberande kärnan, som har fångat gamma-kvantumet, får också ett rekylmomentum. Som en konsekvens är den ömsesidiga "finjusteringen" av källan och absorbatorn avstängd med hundradelar av en elektronvolt , vilket är mycket litet jämfört med den typiska energin för en gammastråle (som kan vara i storleksordningen från tiotals keV till MeV ), men extremt stor jämfört med den naturliga bredden nivån av nukleärt sönderfall, som i storleksordning är lika med eV.

Kärnorna kan dock fortfarande ställas in i resonans med varandra genom att placera dem i ett kristallgitter vid en tillräckligt låg temperatur. Kärnans rekylmoment tas över av provets och källans kristallgitter (det vill säga ett makroskopiskt objekt), som ett resultat blir dopplerförskjutningen av gammalinjerna försumbar (betydligt mindre än den naturliga bredden av gammalinje). På grund av denna omständighet tillåter en liten förändring i källans och absorbatorns relativa hastighet (i storleksordningen cm/s) en att lösa upp den fina strukturen av kärnans nivåer, som beror på dess kemiska miljö, beroendet av energinivåer i den kemiska miljön kallas ett isomerskifte.

Beroendet av provets absorptionskoefficient på källans och provets relativa hastighet (det vill säga energin hos den absorberade gammastrålningen) kallas Mössbauers absorptionsspektrum. Detta spektrum gör det möjligt att bedöma den elektroniska strukturen hos en atom i ämnet som studeras, de kemiska grupperna som omger den och arten av deras interaktioner [2] [3] [4] .

Mössbauer spektrometer

Mössbauer-spektrometern är designad för att mäta Mössbauer-spektra av kärnor i Mössbauer-isotoper i olika kemiska föreningar, legeringar för att bestämma naturen av den kemiska bindningen i prover av dessa ämnen.

Spektrometern består av tre huvuddelar: en radioaktiv källa som rör sig i riktningen från och till provet, en kollimator som bildar en parallell stråle av gammastrålar från deras divergerande flöde från källan, en provhållare och en gammastrålningsdetektor. Källan förflyttas vanligtvis av en elektromagnetisk mekanisk drivning, som i princip liknar en elektrodynamisk högtalare , som ger en oscillerande sinusformad rörelse till källan.

Utsignalen från detektorn och signalen för rörelsehastigheten matas till en modifierad flerkanals pulsanalysator, och numret på pulsanalysatorns kanal, i vilken räkningar från detektoroperationerna ackumuleras, motsvarar rörelsehastigheten, i kontrast till flerkanaliga pulsamplitudanalysatorer, där kanalnumret motsvarar pulsamplituden. Som ett resultat av driften av en sådan analysator, beroendet av absorptionen av gammakvanta av provet på rörelsehastigheten, eller, vad som är detsamma, av energin hos gammakvanta, som förändras som ett resultat av Doppler effekt , erhålls .

Applikationer

Den nukleära gammaresonansmetoden används inom fysikalisk materialvetenskap , kemi och biologi (till exempel vid analys av egenskaperna hos Fe-innehållande grupper i proteiner ). Effekten av strålningsabsorption förstärks genom att provet berikas med Mössbauer- isotoper , till exempel, vilket ökar halten av 57 Fe i fodret till försöksdjur.

En av de imponerande tillämpningarna av denna metod var experimentet av Pound och Rebka [5] , som 1960 mätte i laboratoriet gravitationsförskjutningen av gammastrålar som förutspåddes av allmän relativitet .

Anteckningar

  1. ↑ Makeev A. B. , Lyutoev V. P., Vtorov I. P., Bryanchaninova N. I., Makavetskas A. R. Sammansättning och spektroskopi av olivinxenokristaller från hawaiianska tholeiitiska basalter // Vetenskapliga anteckningar från Kazan University . Serie: Naturvetenskap. - 2020. - T. 162, bok. 2. - S. 253-273. doi: 10.26907/2542-064X.2020.2.253-273
  2. ↑ Weiner, R. Nukleär isomerförskjutning på spektrallinjer  (obestämd)  // Il Nuovo Cimento. - 1956. - V. 4 , nr 6 . - S. 1587-1589 . — ISSN 0029-6341 . - doi : 10.1007/BF02746390 . - .
  3. ↑ Richard M. Weiner Analogies in Physics and Life, World Scientific 2008.
  4. ↑ SL Ruby i Mössbauer Isomer Shifts, redaktörer GK Shenoy och FE Wagner, North Holland Publishing Company , 1978, sid. ett.
  5. ↑ Pound RV, Snider JL Effekt av gravitation på kärnresonans  // Physical Review Letters  : journal  . - 1964. - 2 november ( vol. 13 , nr 18 ). - S. 539-540 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.13.539 . - .

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger