Mössbauer-spektroskopia

Mössbauer-spektroskopia ( saksasta  Mößbauerspektroskopie ) - ydingammaresonanssimenetelmä , joka perustuu Mössbauer-ilmiöön , joka koostuu radioaktiivisen lähteen lähettämän monokromaattisen gammasäteilyn atomiytimen resonanssiabsorptiosta ilman rekyyliä .

Ydingammaresonanssimenetelmää käytetään fysikaalisessa materiaalitieteessä, geologiassa [1] , kemiassa ja biologiassa.

Metodin olemus

Absorptio-Mössbauer-spektroskopiassa (yleisin käytetty menetelmä) absorboiva näyte skannataan virittyneen rauta-57 ( 57 Fe), iridium-191 ( 191 Ir) tai muun Mössbauer-isotoopin emittoimilla gamma -kvanteilla. Absorbentin takana on detektori, joka mittaa gammasäteiden absorptiokerrointa näytteestä. Näytteen tulee sisältää samat ytimet ( 57 Fe, 191 Ir jne.). Lähteen virittyneet ytimet syntyvät vastaavan radioaktiivisen isotoopin hajoamisen seurauksena (esimerkiksi 57Co muuttuu 57Fe :n virittyneeksi tilaan ).

Normaaliolosuhteissa gammasädettä lähettävä ydin saa rekyylimäärän liikemäärän säilymislain vuoksi , kun gammasäde kuljettaa liikemäärän pois. Absorboiva ydin, joka on vanginnut gamma-kvantin, saa myös rekyylivoiman. Tämän seurauksena lähteen ja absorboijan keskinäinen "hienosäätö" on poissa sadasosilla elektronivoltista , mikä on hyvin pieni verrattuna gammasäteen tyypilliseen energiaan (joka voi olla suuruusluokkaa kymmenistä keV MeV ) , mutta luonnolliseen leveyteen verrattuna erittäin suuri ydinhajoamisen taso, joka on suuruusluokkaa eV.

Ytimet voidaan kuitenkin edelleen virittää resonanssiin toistensa kanssa asettamalla ne kidehilaan riittävän alhaisessa lämpötilassa. Näytteen ja lähteen (eli makroskooppisen kohteen) kidehila ottaa ytimen rekyyliliikkeen haltuunsa, minkä seurauksena gammalinjojen Doppler -siirtymä muuttuu merkityksettömäksi (merkittävästi pienempi kuin näytteen luonnollinen leveys). gammaviiva). Tästä syystä lähteen ja absorboijan suhteellisen nopeuden pieni muutos (luokkaa cm/s) mahdollistaa ytimen tasojen hienorakenteen, joka riippuu sen kemiallisesta ympäristöstä, riippuvuudesta kemiallisen ympäristön energiatasoja kutsutaan isomeerisiirtymäksi.

Näytteen absorptiokertoimen riippuvuutta lähteen ja näytteen suhteellisesta nopeudesta (eli absorboidun gammasäteen energiasta) kutsutaan Mössbauer-absorptiospektriksi. Tämän spektrin avulla on mahdollista arvioida tutkittavassa aineessa olevan atomin elektronirakennetta, sitä ympäröiviä kemiallisia ryhmiä ja niiden vuorovaikutuksen luonnetta [2] [3] [4] .

Mössbauer-spektrometri

Mössbauer-spektrometri on suunniteltu mittaamaan Mössbauer-isotooppien ytimien Mössbauer-spektrejä erilaisissa kemiallisissa yhdisteissä, metalliseoksissa näiden aineiden näytteiden kemiallisen sidoksen luonteen määrittämiseksi.

Spektrometri koostuu kolmesta pääosasta: radioaktiivisesta lähteestä, joka liikkuu näytteestä ja näytteelle, kollimaattorista, joka muodostaa yhdensuuntaisen gammasäteilysäteen niiden lähteestä hajaantuvasta virtauksesta, näytteen pidikkeestä ja gammasäteilyilmaisimesta. Lähdettä liikuttaa yleensä sähkömagneettinen mekaaninen käyttö, joka on periaatteessa samanlainen kuin sähködynaaminen kaiutin , joka saa lähteeseen värähtelevän sinimuotoisen liikkeen.

Ilmaisimen lähtösignaali ja liikkeen nopeuden signaali syötetään muunneltuun monikanavaiseen pulssianalysaattoriin ja pulssianalysaattorin kanavan numero, johon ilmaisimen toiminnoista kerätään lukemat, vastaa liikenopeutta, toisin kuin monikanavaiset pulssiamplitudianalysaattorit, joissa kanavanumero vastaa pulssin amplitudia. Tällaisen analysaattorin toiminnan seurauksena näytteen gamma-kvanttien absorption riippuvuus liikkeen nopeudesta, tai mikä on sama, gamma-kvanttien energiasta, joka muuttuu Dopplerin vaikutuksesta. vaikutus saavutetaan .

Sovellukset

Ydingammaresonanssimenetelmää käytetään fysikaalisessa materiaalitieteessä , kemiassa ja biologiassa (esimerkiksi proteiinien Fe-pitoisten ryhmien ominaisuuksien analysoinnissa ). Säteilyn absorption vaikutusta tehostetaan rikastamalla näytettä esimerkiksi Mössbauer - isotoopeilla , esimerkiksi lisäämällä 57 Fe:n pitoisuutta koe-eläinten rehussa.

Yksi tämän menetelmän vaikuttavista sovelluksista oli Poundin ja Rebkan [5] koe , jotka vuonna 1960 mittasivat laboratoriossa yleisen suhteellisuusteorian ennustaman gammasäteiden gravitaatiosiirtymän .

Muistiinpanot

1. ↑ Makeev A. B. , Lyutoev V. P., Vtorov I. P., Bryanchaninova N. I., Makavetskas A. R. Oliviinin ksenokrystien koostumus ja spektroskopia Havaijin holeiittibasalteista // Kazanin yliopiston tieteelliset muistiinpanot . Sarja: Natural Sciences. - 2020. - T. 162, kirja. 2. - S. 253-273. doi: 10.26907/2542-064X.2020.2.253-273
2. ↑ Weiner, R. Ydinisomeerisiirtymä spektrilinjoilla  (epämääräinen)  // Il Nuovo Cimento. - 1956. - V. 4 , nro 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 julkaisussa Mössbauer Isomer Shifts, toimittajat GK Shenoy ja FE Wagner, North Holland Publishing Company , 1978, s. yksi.
5. ↑ Pound RV, Snider JL Painovoiman vaikutus ydinresonanssiin  // Physical Review Letters  : Journal  . - 1964. - 2. marraskuuta ( osa 13 , nro 18 ). - s. 539-540 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.13.539 . - .

Linkit

Sanakirjat ja tietosanakirjat	iso kiinalainen iso kiinalainen Hienoa norjalaista Iso venäläinen
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4170352-2 J9U : 987007546048905171 LCCN : sh85087488 NKC : ph117906