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