Zastosowanie promieniowania synchrotronowego w spektroskopii mssbauerowskiej Artur Bachowski
Zastosowanie promieniowania synchrotronowego w spektroskopii mössbauerowskiej Artur Błachowski Zakład Spektroskopii Mössbauerowskiej Instytut Fizyki Akademia Pedagogiczna w Krakowie - Promieniowanie synchrotronowe (PS) - Efekt Mössbauera - Synchrotron Mössbauer Spectroscopy (SMS) - Synchrotron Radiation Perturbed Angular Correlation (SRPAC)
Promieniowanie synchrotronowe – prom. elektromagnetyczne emitowane przez cząstki naładowane poruszające się po zakrzywionym torze z prędkością relatywistyczną
PS - Historia 1945 – duże straty energii przyspieszaniu elektronów w betatronie 1947 – Elder i in. - wykrycie PS w synchrotronie elektronowym 70 -Me. V 1956 – Tomboulian i in. - pierwsze wykorzystanie PS w badaniach spektroskopowych 1965 -1980 – pierwsza generacja źródeł PS – akcelaratory fizyki cząstek elementarnych 1970 -1990 – druga generacja źródeł PS – synchrotrony dedykowane do zastosowań PS – magnesy zakrzywiające 1990 - – trzecia generacja źródeł PS – wigglery i undulatory 2000 - – lasery na swobodnych elektronach
non-relativistic electrons v/c << 1 relativistic electrons v/c 1 electron orbit acceleration moc PS 2/ elektrony lub pozytony mały promień orbity krytyczna energia PS kąt emisji
LINAC – 16 m 100 ke. V electron gun ® 200 Me. V Booster synchrotron obwód 300 m 200 Me. V ® 6 Ge. V Storage Ring obwód 845 m; R = 23. 4 m liczba paczek elektronów - do 992 długość paczki - 6 mm czas impulsu PS 20 ps - 100 ps I = 100 m. A (lifetime 50 h) P = 650 k. W , EC = 20. 5 ke. V ESRF, Grenoble
Wigglery i undulatory Okresowe struktury magnesów instalowane na prostoliniowych odcinkach orbity, wywołują lokalne (sinusoidalne) zakrzywienie toru wiązki - maksymalny kąt ugięcia deflection - kąt emisji parameter K >> 1 B 0 6 T 0 m undulator K << 1 B 0 1 T 0 cm wiggler I N I N 2
Własności PS (1) impulsowa struktura (2) polaryzacja (3) b. duża świetlistość (2) 100 ps (1) (3) TIME 2 ns – 1 s
ESRF, Grenoble
Efekt Mössbauera - wstęp h n k ER – energia odrzutu - energetyczna szerokość połówkowa linii - czas życia stanu wzbudzonego przejście atomowe w Na (żółta linia) E = 2. 1 e. V = 4. 4 10 -8 e. V , ER = 10 -10 e. V ER << przejście jądrowe w 57 Fe E = 14. 4 ke. V = 4. 7 10 -9 e. V , ER= 1. 9 10 -3 e. V ER >>
Efekt Mössbauera bezodrzutowa emisji i absorpcji promieniowania Rudolf Mössbauer – 1958 r. Nobel – 1959 r. m jądra M kryształu + skwantowana energia kreacji fononów ħ - częstość drgań atomów w sieci krystalicznej 1013 s-1 - temperatura Debye’a f – współczynnik emisji i absorpcji bezodrzutowej ułamek ogólnej liczby przejść jądrowych zachodzących bezodrzutowo E , m , i T >> T dla Fe 57 = 608 K f (273 K) = 0. 8
Efekt Mössbauera - spektroskopia 104 przejść mössbauerowskich w 86 izotopach 44 pierwiastków Ruch źródła względem absorbenta powoduje dzięki efektowi Dopplera zmianę energii kwantów V V 10 mm/s 1 mm/s 48 ne. V V przykładowe widmo mössbauerowskie hematyt Fe 2 O 3
Oddziaływanie elektryczne monopolowe elektrostatyczne monopolowe oddziaływanie ładunku jądra z ładunkiem powłok elektronowych Rw , Rp – promień jądra w stanie wzbudzonym i podstawowym a (0) 2 , e(0) 2 - gęstość elektronów w miejscu jądra dla absorbenta i emitera
Oddziaływanie elektryczne kwadrupolowe oddziaływanie momentu kwadrupolowego jądra Q z gradientem pola elektrycznego q wytwarzanym przez powłoki elektronowe I – spin jądra m – magnetyczna liczba kwantowa
Oddziaływanie magnetyczne dipolowe oddziaływanie dipolowego momentu magnetycznego jądra z efektywnym polem magnetycznym H w obszarze jądra
Synchrotron Mössbauer Spectroscopy (SMS)
modulacja ?
Emisja niekoherentna Emisja koherentna
Analogia między SMS i dyfrakcją na dwóch szczelinach forsterite (Mg 0. 9975 Fe 0. 0025)2 Si. O 4
konwencjonalna SM synchrotronowa SM
Synchrotron Radiation Perturbed Angular Correlation
Rotation of resonant molecules in liquid Random orientation of the quantization coordinates in the frame defined by incoming and outgoin photons
Iron penta-carbonyl molecule symmetry D 3 h
Krajowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego w Krakowie Super ACO, Orsay Super KRACO
- Slides: 25