Transcript دانلود
LOGO LOGO معرفی اثر موزبائر www.Nanometrologycenter.com فهرست مطالب 1 اصول فیزیکی اثر موزبائر 2 روش طیف سنجی موزبائر 3 برهمکنش های هسته ی اتم با محیط اطراف 4 پارامترهای طیفی 5 LOGO کاربردهای طیف سنجی موزبائر LOGO جذب رزونانسی بدون پس زنی هسته LOGO رزونانس هسته ای فرایند جذب رزونانسی هسته با نشر رزونانسی همراه است تشدید فلوراسانس هسته ای روشی جهت تحقیق در ماده ی چگال است مزایای روش: عمق نفوذ باالی پرتو در ماده ی چگال پهنای نسبی کوچک خطوط جذب و نشر (دقت آنالیزی باال) حساسیت باالی پارامترهای طیفی به عوامل داخلی و خارجی نمونه ی تحت آنالیز LOGO پهنای ذاتی خطوط جذب و نشر طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ E t : E t عدم قطعیت در اندازه گیری انرژی مدت زمان اندازه گیری انرژی ثابت پالنک )L(W در حالت پایه: در حال برانگیخته: E gr 0 ex t gr E ex 0, ex 1 t -Γپهنای ذاتی خطوط جذب و نشر 1/2 E E0 E0 + /2 LOGO E0 - /2 پدیده پس زنی )(Recoil شلیک گلوله به سمت هدف از روی زمین صلب. تعداد برخورد نسبت به فاصله از هدف تابعی نرمال دارد (در ترازهای انرژی این تابع همان باند طبیعی هایزنبرگ است) شلیک گلوله از درون قایقی در دریاچه ای آرام. به سبب قانون بقای انرژی پس زنی اتفاق میافتد ERانرژی برابر میزان تکانهی گلولهی پرتابی دارد. شلیک گلوله از درون قایقی در دریاچهای متالطم. حرکت قایق سبب کاهش احتمال برخورد گلوله و پهن شدگی توزیع احتمال میشود شلیک گلوله از درون قایق ،در دریاچه ای یخ زده! قایق امکان حرکت و پس زنی را ندارد و توزیع احتمال برخورد همچون ) (aمیگردد. در شرایط و دمای محیطی ،پهن شدگی حرارتی و پس زنی ناشی از قانون بقای تکانه سبب میشود میزان همپوشانی توابع نشر و جذب انرژی و در نتیجه پدیدهی رزونانس حداقل گردد .با کاهش دما همپوشانی این توابع افزایش می یابد. LOGO پس زنی در هسته هسته پس از گسیل گاما طبق قانون بقای تکانه پس زده می شود: انرژی فوتون جذب شده > انرژی فوتون نشر یافته همپوشانی بین خطوط جذب وگسیل صورت نمی گیرد تشدید فلورسانس مشاهده نمی شود LOGO کشف اثر موزبائر • در سال 1958رادولف موزبائر با حذف پدیددهی پدس زنی (مانند آنچه در دریاچده یدخ زده اتفداق مدی افتدد) امکان مشاهده پدیده ی رزونانس اشعه گاما را فدراهم ساخت. • زیربنای اصلی این پدیده که بر اسدا کشدف نشدر و جددذب پرتددو گامددا در مددواد اسددت بدده "اثددر موزبددائر" معروف شد. • در 1961موزباور جایزهی نوبدل را در فیزیدک بدرای کشف و تئوری پردازی این پدیده دریافت نمود. LOGO جذب و نشر بدون پس زنی )(Recoil-free −2KeV اتم تنهاست) يك)10 اتم از( جرم بزرگتر پس زني انرژيمرتبه << 1015 كريستال )(1-10eV است (جرم كريستالي كريستال جرمدركلشبكه شيميايي پيوندهايشده، جرم پس زده انرژي LOGO عناصر فعال موزبائر • انرژي استحاله اي بين 5تا 180 KeV • طول عمري در محدوده ي 10-6تا 10-11s LOGO 57Co هسته ای در t 1 270 واپاشی days 2 57 27 Co e ( ElectronCa 26 Fe 57 pture ) - 10ns - 100ns LOGO نحوه عملکرد دستگاه 100 98 ) T ra n s m is s io n (% 99 Mossbauer drive collimator 97 10 5 0 )V elocity (m m /s -5 -1 0 detector sample detector 57Fe ← آنالیز تحت نمونه سازیبا واپاشیپرتو برخورد پرتو گاما تکبا نشر 57به Co انرژیی چشمه آشکارسازا انرژی ب گامای پرتو پرتوهااز طیفی ایجاد )(collimator ساز موازی در موازی در خروجی پرتوهای آشکار زاری اف نرم ی بسته کمک با نمودار کردن فیت موجود ر موزبائ اتم ی هسته با پرتو برهمکنش انعکاسی ثابت (اثر دوپلر) چشمه با شتاب حالتدادن حرکت عبوری یا در در پرتو رزونانسی جذب ← نمونه در57Co + e (capture) → 57Fe + γ ترازهای هسته ← عبور vو پراکنش پرتوهای اصابت کرده با E نمونهE 0 C LOGO source شماتیک اجزای موزبائر LOGO طیف موزبائر LOGO سرعت دوپلر پدیده دوپلر پرتو خروجی از چشمه تک فام است. به منظور دستیابی به طیفی از پرتوها و امکان شناسایی تمامی ترازهای انرژی ،چشمه را نسبت به جاذب حرکت می دهند E v c E محرک سرعت دوپلر طیف خروجی حركت با شتاب ثابت در جهت ±Xو محدوده ي سرعت ها چند هر کانال دتکتور مربوط به یک mms-1با شكل پالسيِ معين توسط سرعت مشخص است که در آن محرک سرعت دوپلر انجام تعداد پرتوهای دریافت شده با ميشود. a t انرژی معین شمارش می گردد. نتیجهی این آنالیز به صورت v +vmax t 0 -vmax تابعی از شدت پرتوی عبوری نسبت به سرعت چشمه گزارش میشود. LOGO تجهیزات طیف سنجی موزبائر LOGO حساسیت و دقت آنالیزی پهنای ذاتی خطوط انرژی برای 57Feبرابر 4.67×10-9 eVدر مقایسه با انرژی اشعة گامای موزبائر این ایزوتوپ ()14.4 keV نسبتي از مرتبه 1بر 1012ميباشد. ]Absorbed energy [A.U. معادل یک ذره غبار پشت یک فیل یا یک ورق کاغذ در فاصله بین خورشید و زمین امکان تشخیص برهم کنش های فوق ظريف ) (Hyperfineهسته قابلیت تشخیص مغناطش سطحی در نانو ذرات دقت آنالیزی فوق العاده باال LOGO Frequency 0 برهمکنش های هسته ی اتم با محیط اطراف وابسته به محیط پیرامون اتم Feو ویژگی های مغناطیسی ،طیف موزباور می تواند شامل تک پیک ) ،(singletجفت پیک ) (doubletیا پیک های شش تایی ) (sextetباشد. سه پدیده اصلی که توسط این اثر می توان به بررسی برهمکنشهای ترازهای انرژی هسته با محیط شیمیایی و مغناطیسی اطراف پرداخت عبارتند از: Magnetic hyperfine field Quadrupole splitting Isomer shift LOGO Bhf Δ δ δ شیفت ایزومری δ = EA – ES = (2/3)πZe2 (ρA – ρS)(Re2 – Rg2) LOGO δ شیفت ایزومری Oxidation state Bond properties Covalency Electronegativity LOGO شیفت ایزومری δترکیبات آهن ايزومر شيفت مثبت تركيبات آهن ( )Iبا اسپين s=3/2 هفت الکترون اوربیتال dپوشش مستحکمی برای الکترون های sدر مقابل بار هسته کاهش شدید دانسیته الکترون های ρA s ) (ρA – ρSمقداری منفی می یابد (فاکتور هسته ای ) – Rg2برای 57Feمنفی است) مقدار ایزونر شیفت به شدت مثبت می شود. (Re2 ایزومر شیفت به شدت منفی ترکیبات آهن ) (VIبا S = 1 ترکیات آهن ) (VIتنها دو الکترون در اوربیتال dدارند و اثر پوششی این اوربیتال ها بر اوربیتال های sبسیار ضعیف است دانسیته الکترون های ρA ، sتقریبا باالست مقدار اختالف دانسیته ) (ρA – ρSمثبت زمانی در ) (Re2 – Rg2منفی ضرب شود ایزومر شیفت منفی می شود. مناطق ایزومر شیفت که همپوشانی ندارند ،برای مثال ترکیبات اسپینی باال آهن) (IIبا S=2به راحتی توسط طیف موزبائر قابل تشخیص است . LOGO شکافتگی کوادروپل )(QS یک هسته با اسپین I > 1/2دارای توزیع بار فضایی غیرکروی میباشد. بار نامتقارن در اطراف هسته باعث بروز میدان الکتریکی نامتقارن ) (EFGدر هسته میشود میدان الکتریکی پدید آمده سبب شکافتگی ترازهای انرژی هسته میشود. ناشی از هر اثری که در جمعیت اوربیتال های pzنسبت به اوربیتال های ) (px,pyیا در dz2نسبت به dx2-y2و یا dxy نسبت به ) (dxz ,dyzاختالف ایجاد کند ناشی از حضور الکترون های جفت شده که در پیوند شرکت ندارند ناشی از عدم تقارن در جمعیت الکترونی اوربیتال های پیوندی زمانی پدید می آید که لیگاندها معادل یکدیگر نباشند LOGO (QS) شکافتگی کوادروپل Oxidation state Spin state Symmetry the structure of an electron shell chemical bond overall crystal or molecule architecture … LOGO شکافتگی مغناطیسی )(MS LOGO فواصل ،Δmتراز I2I+1زیر هسته با اسپین انتخاب تراز قانونمؤثر ،H مغناطیسی میدان ششبا گذا ر 1I (Selectionرا±به= o , )Rule توجه به با دارد وجود مجاز شکافد مساوی می (MS) شکافتگی مغناطیسی E M ( m I ) Hm I / I FerroAntiferroFerri- Magnetism magnetic structure, magnetic phase changes, phase analysis, … LOGO وقوع همزمان شکافتگی مغناطیسی و کووادروپل mI +3/2 2/3exH +1/2 I=3/2 -1/2 -3/2 14,4keV -1/2 I=1/2 +1/2 v LOGO 0 شکافتگی مغناطیسی) (MSوابستگی زاویه ای شدت خطوط اگر نمونه ها از کریستالیت هایی با جهت گیری تصادفی تشکیل شده باشد ،شدت این شش پیک با نسبت 3:2:1:1:2:3 خواهد بود. جهت گیری کریستالیت ها بر روی این نسبت اثر به سزایی خواهد گذاشت - Θ زاویه ی بین جهت نشر پرتوهای گاما و محور میدان مغناطیسی موثر در هسته: شدت نسبی 0 2 شدت نسبی 2 3 2 , sin 3 3 3 4 0 2 1 1 1 LOGO 1 3 2 cos وابستگی زاویه ای شدت خطوط 2 1 cos 4 9 2 2 استحاله exc . gro . 3 1 3 1 2 , 2 2 , 2 3 1 3 1 2 , 2 2 , 2 1 1 3 1 2 , 2 2 , 2 3 sin 1 1 3 1 2 , 2 2 , 2 1 cos 4 3 1 1 3 1 2 , 2 2 , 2 1 1 3 1 2 , 2 2 , 2 روند رشد تحقیقات با استفاده از طیف سنجی موزبائر LOGO درصد تحقیقات در کشورهای مختلف 18 16 14 % research 12 10 8 6 4 2 0 USA FRANCE GERMANY JAPAN RUSSIA INDIA CHINA ENGLAND POLAND ITALY LOGO تعداد مقاالت ISIچاپ شده بر حسب موضوع LOGO کاربردهای طیف سنجی موزبائر متالورژي کاتالیست ها Mössbauer Spectroscopy Applications LOGO علم مواد باستان شناسی موزبائر در مطالعات ساختاری LOGO موزبائر در مطالعات خوردگی LOGO موزبائر در مطالعات زیستی LOGO موزبائر در مطالعات نوارهای مغناطیسی LOGO طیف سنج موزبائر مینیاتوری )(MIMOS LOGO مریخ نورد مجهز به طیف سنج موزبائر LOGO مطالعات موزبائر در مریخ LOGO تحقیق در زمینه آلودگی هوا LOGO موزبائر در تحقیقات باستانی LOGO LOGO Uli Gonser in 1975. “Mössbauer’s discovery that the γray emission and absorption can occur in a recoil-free fashion might have seemed at first glance to be no more than just an interesting new phenomenon. However, as soon as it became generally realized that the Mössbauer resonance line is extremely narrow and allows hyperfine interactions to be resolved and evaluated in a rather straightforward way, this handy new method created an avalanche of research activity. Within a few years nearly all disciplines in the natural sciences enjoyed a boom in the application of Mössbauer spectroscopy. Some journals were swamped to such an extent that editorials were written to limit the publication of Mössbauer results… . Rudolf Mössbauer’s concluding remark concerning the effect that bears his name in his Nobel Laureate speech of December 1961 has proved to be correct and has retained its significance to the present day; it can also be regarded as a prognosis for the future. “We may therefore hope that this young branch of physics stands only at its threshold, and that it will be developed in the future, not only to extend the application of existing knowledge but to make possible new advances in the exciting world of unknown LOGO LOGO