Zastosowanie promieniowania synchrotronowego w spektroskopii mössbauerowskiej. Artur Błachowski

Transkrypt

1 Zastosowani prominiowania synchrotronowgo w spktroskopii mössbaurowskij Artur Błachowski Zakład Spktroskopii Mössbaurowskij Instytut Fizyki Akadmia Pdagogiczna w Krakowi - Prominiowani synchrotronow (PS) - Efkt Mössbaura - Synchrotron Mössbaur Spctroscopy (SMS) - Synchrotron Radiation Prturbd Angular Corrlation (SRPAC)

2 Prominiowani synchrotronow prom. lktromagntyczn mitowan przz cząstki naładowan poruszając się po zakrzywionym torz z prędkością rlatywistyczną

3 PS - Historia 1945 duŝ straty nrgii przy przyspiszaniu lktronów w btatroni 1947 Eldr i in. - wykryci PS w synchrotroni lktronowym 70-MV 1956 Tomboulian i in. - pirwsz wykorzystani PS w badaniach spktroskopowych pirwsza gnracja źródł PS akclaratory fizyki cząstk lmntarnych druga gnracja źródł PS synchrotrony ddykowan do zastosowań PS magnsy zakrzywiając trzcia gnracja źródł PS wigglry i undulatory 000- lasry na swobodnych lktronach

4 non-rlativistic lctrons rlativistic lctrons lctron orbit v/c << 1 v/c 1 lctron orbit acclration acclration moc PS q P m 1 P R 4 0 P q c ( m c ) E 4 6πε R 0 0 lktrony lub pozytony mały promiń orbity krytyczna nrgia PS 4 3hcγ E c R 3 /γ [ kv] [ GV ] [ ] E. R m E c 3 kąt misji 1 γ θ m 0c E

5 LINAC 16 m ESRF, Grnobl 100 kv lctron gun 00 MV Boostr synchrotron obwód 300 m 00 MV 6 GV Storag Ring obwód 845 m; R 3.4 m liczba paczk lktronów - do 99 długość paczki - 6 mm czas impulsu PS 0 ps ps I 100 ma (liftim 50 h) P 650 kw, E C 0.5 kv

6 Wigglry i undulatory Okrsow struktury magnsów instalowan na prostoliniowych odcinkach orbity, wywołują lokaln (sinusoidaln) zakrzywini toru wiązki dflction paramtr K 1 π m c B0 0 0 α αγ θ wigglr K >> 1 B 0 6 T 0 m undulator K << 1 B 0 1 T 0 cm α - maksymalny kąt ugięcia θ - kąt misji I N I N

7

8 Własności PS (1) impulsowa struktura () polaryzacja (3) b. duŝa świtlistość (1) 100 ps ns 1 µs TIME () (3)

9 ESRF, Grnobl

10 hν Efkt Mössbaura - wstęp E γ hν n k E n E k E R E R nrgia odrzutu Γ τ h Γ - nrgtyczna szrokość połówkowa linii τ - czas Ŝycia stanu wzbudzongo p E γ c E R E γ p E R m mc przjści atomow w Na (Ŝółta linia) E.1 V Γ V, E R V E R << Γ przjści jądrow w 57 F E γ 14.4 kv Γ V, E R V E R >> Γ

11 Efkt Mössbaura bzodrzutowa misji i absorpcji prominiowania γ m jądra M kryształu + skwantowana nrgia kracji fononów ħϖ E R <hϖ ϖ kθ E R < kθ h ϖ - częstość drgań atomów w sici krystalicznj s -1 θ - tmpratura Dby a f Rudolf Mössbaur 1958 r. Nobl 1959 r. f współczynnik misji i absorpcji bzodrzutowj ułamk ogólnj liczby przjść jądrowych zachodzących bzodrzutowo θ 3 Eγ T xp mc kθ θ 0 T x x dx 1 E γ, m, θ i T θ >> T x hϖ kt dla F 57 θ 608 K f (73 K) 0.8

12 Efkt Mössbaura - spktroskopia 104 przjść mössbaurowskich w 86 izotopach 44 pirwiastków Ruch źródła względm absorbnta powoduj dzięki fktowi Dopplra zmianę nrgii kwantów γ V V E c E γ V 10 mm/s 1 mm/s 48 nv V przykładow widmo mössbaurowski hmatyt F O 3

13 Oddziaływani lktryczn monopolow lktrostatyczn monopolow oddziaływani ładunku jądra z ładunkim powłok lktronowych δe π Z 5 ( ) ( ) Ψ ( 0) Ψ ( 0) R w R p R w, R p promiń jądra w stani wzbudzonym i podstawowym Ψ a (0), Ψ (0) - gęstość lktronów w mijscu jądra dla absorbnta i mitra a

14 Oddziaływani lktryczn kwadrupolow oddziaływani momntu kwadrupolowgo jądra Q z gradintm pola lktryczngo q wytwarzanym przz powłoki lktronow E qq 3 1 qq I E E E Q Q Q Q 4I [ 3m I( + 1) ] ( I 1) I spin jądra m magntyczna liczba kwantowa

15 Oddziaływani magntyczn dipolow oddziaływani dipolowgo momntu magntyczngo jądra µ z fktywnym polm magntycznym H w obszarz jądra µhm E m I µh E m I

16 Synchrotron Mössbaur Spctroscopy (SMS) lctron storag ring with on lctron bunch sampl dtctors undulator x-ray bam M HRM IC bunch clock fast lctronics masurd data

17 I( t) t τ modulacja?

18 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) t it t it t P P t P ω ω ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) + + cos t t P t it t it t ϖ ψ ψ ω ω Emisja nikohrntna Emisja kohrntna

19 Analogia między SMS i dyfrakcją na dwóch szczlinach x h p ( t) P 1 P P( t) ψ 1 + ψ P + forstrit (Mg F ) SiO 4

20 konwncjonalna SM synchrotronowa SM

21 Synchrotron Radiation Prturbd Angular Corrlation

22 Rotation of rsonant molculs in liquid Random orintation of th quantization coordinats in th fram dfind by incoming and outgoin photons

23 Iron pnta-carbonyl molcul symmtry D3h

24 I( t, θ ) S0 xp[ ( t / τ )] B( t, θ ) N

25 Krajowgo Cntrum Prominiowania Synchrotronowgo w Krakowi Supr ACO, Orsay Supr KRACO