دانلود

Report
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
‫‪2/3exH‬‬
‫‪+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

similar documents