Mössbauer spektroszkópia

Mössbauer spektroszkópia (a német  Mößbauerspektroskopie szóból ) - a nukleáris gamma-rezonancia módszere , amely a Mössbauer-effektuson alapul, amely radioaktív forrás által kibocsátott monokromatikus gamma-sugárzás atommagja általi rezonancia - abszorpcióból áll, visszarúgás nélkül.

A gamma-magrezonancia módszerét a fizikai anyagtudomány, a geológia [1] , a kémia és a biológia használja.

A módszer lényege

Az abszorpciós Mössbauer-spektroszkópiában (a leggyakrabban alkalmazott módszer) az abszorbeáló mintát gerjesztett vas-57 ( 57 Fe), irídium-191 ( 191 Ir) vagy más Mössbauer-izotóp által kibocsátott gamma-kvantumokkal pásztázzák. Az abszorber mögött egy detektor található, amely a minta gamma-sugárzásának abszorpciós együtthatóját méri. A mintának ugyanazokat a magokat kell tartalmaznia ( 57 Fe, 191 Ir stb.). A forrásban a gerjesztett atommagok a megfelelő radioaktív izotóp bomlásával jönnek létre (például az 57 Co 57 Fe gerjesztett állapotává alakul ).

Normál körülmények között a gamma-sugarat kibocsátó atommag visszarúgási impulzusra tesz szert az impulzus megmaradásának törvénye miatt , mivel a gamma-sugár elviszi a lendületet. Az elnyelő mag, miután befogta a gamma-kvantumot, szintén visszarúgási lendületet kap. Következésképpen a forrás és az abszorber kölcsönös "finomhangolása" az elektronvolt századrészével elmarad , ami nagyon kicsi a gamma-sugárzás tipikus energiájához képest (amely nagyságrendileg tíz keV -tól is lehet). MeV ), de a természetes szélességhez képest rendkívül nagy a magbomlás szintje , amely nagyságrendileg megegyezik az eV-vel.

Az atommagok azonban továbbra is rezonanciára hangolhatók egymással , ha kellően alacsony hőmérsékleten kristályrácsba helyezzük őket. Az atommag visszarúgási lendületét a minta és a forrás (vagyis egy makroszkopikus objektum) kristályrácsa veszi át, ennek eredményeként a gammavonalak Doppler-eltolódása elhanyagolhatóvá válik (szignifikánsan kisebb lesz, mint a minta természetes szélessége). gamma vonal). Ebből a körülményből adódóan a forrás és az abszorber relatív sebességének kismértékű (cm/s nagyságrendű) változása lehetővé teszi az atommag szintjeinek finomszerkezetének feloldását, amely függ annak kémiai környezetétől, az abszorber relatív sebességétől. A kémiai környezet energiaszintjét izomer eltolódásnak nevezzük.

A minta abszorpciós együtthatójának a forrás és a minta relatív sebességétől (vagyis az elnyelt gammasugárzás energiájától) való függését Mössbauer abszorpciós spektrumnak nevezzük. Ez a spektrum lehetővé teszi a vizsgált anyagban lévő atom elektronszerkezetének, az azt körülvevő kémiai csoportoknak és kölcsönhatásaik természetének megítélését [2] [3] [4] .

Mössbauer spektrométer

A Mössbauer-spektrométer a Mössbauer-izotópok magjainak Mössbauer-spektrumának mérésére szolgál különféle kémiai vegyületekben, ötvözetekben, hogy meghatározza a kémiai kötések természetét ezen anyagok mintáiban.

A spektrométer három fő részből áll: egy radioaktív forrásból, amely a mintából és a minta irányába mozog, egy kollimátorból, amely a forrásból származó divergens áramlásukból párhuzamos gamma-sugarat alkot, egy mintatartóból és egy gamma-sugárzás detektorból. A forrást általában egy elektromágneses mechanikus hajtás mozgatja, amely elvileg hasonló az elektrodinamikus hangszóróhoz , amely szinuszos oszcillációs mozgást kölcsönöz a forrásnak.

A detektor kimenőjele és a mozgássebesség jele egy módosított többcsatornás impulzusanalizátorba kerül, és az impulzusanalizátor azon csatornájának száma, amelyben a detektorműveletekből származó számlálások halmozódnak, megfelel a mozgási sebességnek, ellentétben a többcsatornás impulzusamplitúdó analizátorokkal, amelyekben a csatornaszám az impulzus amplitúdójának felel meg. Egy ilyen analizátor működése következtében a minta gamma-kvantumok abszorpciójának függése a mozgás sebességétől, vagy ami ugyanaz, a gamma-kvantumok energiájától, amely a Doppler hatására változik. hatás érhető el .

Alkalmazások

A gamma-magrezonancia módszert a fizikai anyagtudományban , kémiában és biológiában használják (például a fehérjékben lévő Fe-tartalmú csoportok tulajdonságainak elemzésére ). A sugárzáselnyelés hatását fokozza a minta Mössbauer izotópokkal való dúsítása, például a kísérleti állatok takarmányának 57 Fe- tartalmának növelése .

Ennek a módszernek az egyik lenyűgöző alkalmazása Pound és Rebka [5] kísérlete volt , akik 1960-ban laboratóriumban mérték meg a gamma-sugarak gravitációs elmozdulását az általános relativitáselmélet szerint .

Jegyzetek

1. ↑ Makeev A. B. , Lyutoev V. P., Vtorov I. P., Bryanchaninova N. I., Makavetskas A. R. Hawaii tholeiitic bazaltokból származó olivin xenokristályok összetétele és spektroszkópia // A Kazan Egyetem tudományos jegyzetei . Sorozat: Természettudományok. - 2020. - T. 162, könyv. 2. - S. 253-273. doi: 10.26907/2542-064X.2020.2.253-273
2. ↑ Weiner, R. Nukleáris izomer eltolódás spektrális vonalakon  (határozatlan)  // Il Nuovo Cimento. - 1956. - V. 4 , 6. sz . - S. 1587-1589 . — ISSN 0029-6341 . - doi : 10.1007/BF02746390 . - .
3. ↑ Richard M. Weiner analógiák a fizikában és az életben, World Scientific 2008.
4. ↑ SL Ruby in Mössbauer Isomer Shifts, szerkesztők: GK Shenoy és FE Wagner, North Holland Publishing Company , 1978, p. egy.
5. ↑ Pound RV, Snider JL A gravitáció hatása a nukleáris rezonanciára  // Physical Review Letters  : folyóirat  . - 1964. - november 2. ( 13. évf. , 18. sz.). - P. 539-540 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.13.539 . - .

Linkek

Szótárak és enciklopédiák	nagy kínai nagy kínai Nagy norvég Nagy orosz
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4170352-2 J9U : 987007546048905171 LCCN : sh85087488 NKC : ph117906