Töltött részecske sugárzások spektroszkópiai alkalmazásai Saftics András Tóth-Ilkó Ákos Vegyészmérnök MSc hallgatók Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 2014. 05. 06.

Áttekintés Előadás célja Vázlat Töltött részecske sugárzásokat felhasználó spektroszkópiai eljárások elméleti alapjainak, alkalmazási lehetőségeinek bemutatása Vázlat Módszerek csoportosítása Ionsugarakat alkalmazó módszerek (IBL) Szubatomi töltött részecskéket alkalmazó módszerek

Módszerek csoportosítása Csoportosítás alapja: bombázó töltött részecskék méretbeli hierarchiája Ionnyaláb analitikai módszerek (atomi méretű részecskék) Rutherford visszaszórási spektrometria (RBS) Rugalmas ütközés detektálása (ERD) Szekunder ion tömegspektrometria (SIMS) Ionsugár indukált lumineszcencia (IBIL) Proton indukált röntgenemissziós analízis (PIXE) Proton vagy deuteron által indukált gamma emissziós spektroszkópia (PIGE/DIGE) Magreakció analízis (NRA) Szubatomi töltött részecskéket alkalmazó analitikai módszerek (szubatomi méretű részecskék) Müonspin rezonancia spektroszkópia (µSRS) Pozitron annihilációs spektroszkópia (PAS)

Ionnyaláb analitikai módszerek I. Jellemzője: minta bombázása néhány MeV energiájú ionokkal (p+, deuteron, He+) Rutherford visszaszórási spektrometria (RBS) Szilárd anyagok felületközeli rétegeinek vizsgálata Θ szögben rugalmasan visszaszórt részecske energiáját mérjük Előnyök: kvantitatív elemösszetétel meghatározás, mélységi profil analízis, jó mélységi felbontás, roncsolásmentes, nehézelemekre érzékenység: ppm Hátrányok: könnyű elemekre kevésbé érzékeny, nehéz elemeknél kis felbontás Rugalmas ütközés detektálása (ERD) Φ szögben rugalmasan előrefelé szórt, mintából eltávolított atomokat mérjük Könnyű elemek jól vizsgálhatók  jól kiegészíti az RBS-t

Ionnyaláb analitikai módszerek II. Szekunder ion tömegspektrometria (SIMS) Minta felületének bombázása primer ionokkal  felületről kilépő szekunder ionok tömeg/töltés szerinti szétválasztása tömegspektrométerben Legérzékenyebb felületanalitikai módszer (LOD: 1 ppm-ppb) Ionsugár indukált lumineszcencia (IBIL) Minta besugárzása (p+ He+)  szekunder e-ok szóródása  IR/VIS/UV fotonemisszió mérése Vegyértékelektronok gerjesztése  vegyületek kimutatására is alkalmas Roncsolásmentes Kőzetek, régészeti leletek, festmények vizsgálata Kankrinit ásványra jellemző spektrumtartomány

Ionnyaláb analitikai módszerek III. Proton indukált röntgenemissziós analízis (PIXE) Minta besugárzása p+-al  keletkező karakterisztikus röntgensugár detektálása C-től U-ig minden elem vizsgálható, roncsolásmentes Régészeti leletek, gyógynövények, sejtek, szövetek vizsgálatára gyakran alkalmazzák Proton vagy deuteron indukált gammaemissziós spektroszkópia (PIGE/DIGE) Minta besugárzása p+-al/deuteronnal  magreakció  γ-sugárzás mérése PIXE kiegészítő mérése (oxigén, nitrogén, szén) Elemösszetétel, izotóparány, mélységi profilanalízis Magreakció analízis (NRA) Minta besugárzása ionokkal  minta részecskéi között magreakció  kül. energiájú részecskék elkülönítése és mérése Mélységi profilanalízis, rácshibák kimutatása

Szubatomi részecskéket alkalmazó módszerek I. Müonspin rezonancia spektroszkópia (µSRS) Pozitív pionok →müonok → pozitronok, amelyek kilépése a müon polarizációtól függ Müonok precesszáló frekvenciája arányos a mágneses térrel → mágneses tér mérése Rácshibák, kémiai gyökök Szupravezető egykristályok mágneses tulajdonságainak mérése Hidrogéntárolók kialakítása és vizsgálata (müónium)

Szubatomi részecskéket alkalmazó módszerek II. Pozitron annihilációs spektroszkópia (PAS) Pozitron + elektron → gammasugár Szabadtérfogat mérete, eloszlása Szabad elektront tartalmazó rendszer + pozitron → otro-pozitrónium Ennek az élettartama függ a az anyagban lévő üregek mennyiségétől és nagyságától Mélységi profilvizsgálat Néhány ps-ig a pozitron veszít az energiájából, majd annihiláció A pozitron élettartama az üregekben nagyobb Polielektrolit membrán, fémötvözet mikrostruktúra; diszlokációk, vakanciák

Összefoglalás 9 különböző spektroszkópiai eljárás: Ionnyaláb analitikai módszerek (atomi méretű részecskék) Rutherford visszaszórási spektrometria (RBS) Rugalmas ütközés detektálása (ERD) Szekunder ion tömegspektrometria (SIMS) Ionsugár indukált lumineszcencia (IBIL) Proton indukált röntgenemissziós analízis (PIXE) Proton vagy deuteron által indukált gamma emissziós spektroszkópia (PIGE/DIGE) Magreakció analízis (NRA) Minta bombázása néhány MeV energiájú ionokkal (p+, He+, deuteron) Elemösszetétel meghatározás, mélységi profilanalízis Szubatomi töltött részecskéket alkalmazó analitikai módszerek (szubatomi méretű részecskék) Müonspin rezonancia spektroszkópia (µSRS) → mágneses tulajdonságok Pozitron annihilációs spektroszkópia (PAS) → mélységi profilanalízis

Köszönjük a figyelmet!