Z.B. Alfassi: Chemical Analysis by Nuclear Methods

Az előadások a következő témára: "Z.B. Alfassi: Chemical Analysis by Nuclear Methods"— Előadás másolata:

1 Z.B. Alfassi: Chemical Analysis by Nuclear Methods
Pozitron annihiláció müon kémia, perturbált gamma szögkorreláció, elektron spektroszkópiák kémiai alkalmazása Irodalom: Z.B. Alfassi: Chemical Analysis by Nuclear Methods H.H. Willard, L.L. Merritt, J.A. Dean, F.A. Settle: Instrumental Methods of Analysis

2 Pozitron tulajdonságai
e+ (β+): töltés: +1; nyugalmi tömeg:= elektron tömege; spin:1/2; mágneses momentum: h Kölcsönhatás: lassulás, e+ + e-→annihiláció: Direkt annihiláció: Singlet állapot (↑↓spin)→2 gamma Triplet állapot (↑↑spin )→3 gamma Pozitrónium atom képződése: e+e- (Ps) mint a könnyű H Singlet: para-Ps →2 gamma sec Triplet: orto-Ps →3 gamma 10-7 sec Ps képződésének valószínűsége: függ a fékező közegtől, ebből kémiai információ nyerhető pl. vízben az idő 36%-ban Ps képződik az idő 64%-ban direkt annihiláció pl. benzolban az idő 57%-ban Ps képződik az idő 43%-ban direkt annihiláció Ps reakciói: o-Ps kioltása a közeg kémiai tulajdonságainak fgv-ben e- pickoff: o-Ps+e-→2 gamma orto/para konverzió: o-Ps )→p-Ps→2 gamma (külső mágneses térben) kémiai reakciók: oxidáció/red.: Ps + Fe3+ →Fe2+ +e+ (→2 gamma) szubsztitúció: Ps + Cl2 )→Cl + PsCl (→2 gamma)

3 Pozitron élettartam mérése
Pozitron annihiláció mérése: Pozitron élettartam mérése 22Na →e Ne + gamma (1,28 MeV; t=0) 511 keV (2 vagy 3 gamma)

4 Tipikus pozitron élettartam spektrum vízben
Gyors e+ annihiláció Lassú o_Ps képződés és bomlás

5 2. Annihilációs gamma fotonok szögkorrelációjának mérése

6 3. Annihilációs vonal Doppler kiszélesedésének mérése
Annihilációs gammafoton E eloszlásának mérése 511 keV csúcs Doppler kiszélesedése – a közeg elektronjainak az impulzusától függ

7 Pozitron annihiláció alkalmazásai
Szilárd fázisban: hibahelyek kimutatása: Ps koncentrálódás kis e- sűrűségű helyeken sugárzás hatása fémek szerkezetére porózus anyagok vizsgálata kovalens molekukák, fémek, ionok, polimerek Kondenzált fázisban molekula, oldatszerkezet komplexkémia gázok

8 Müon kémia – nagyenergiájú gyorsítókban
μ mezon: μ+: töltés +1, tömeg 0,11*mproton, spin ½, m.mom. +8,89 μ-: töltés -1, tömeg 0,11*mproton, spin ½, m.mom. -8,89 Elektromágneses kölcsönhatásban vesz részt. Polarizáltan képződik és bomlik. Képződik Π mezonból: Π+ → μ+ + ν illetve Π- → μ- + ˜ν T1/2=2,6*10-10 s müon polarizált Bomlása: paritás megmaradás nem érvényes μ+ → e+ + ν + ˜ν illetve μ- → e- + ν + ˜ν T1/2=1,5*10-6 s e szögeloszlása aszimmetrikus a μ spinjére merőleges síkra nézve A müon depolarizációja függ a kémiai környezettől. Müonium=Mn=μ+e- (könnyű H izotóp) élettartama függ a kémiai környezettől. Müon depolarizációjának mérése: e szögeloszlásának mérése alapján Müon spin rotation technique (μSR): külső mágneses tér hat a müonra Müon élettartamának mérése késleltető áramkörrel (müon fékeződése és e emittálása közti idő) Pl. Depolarizáció módosul paramágneses (O2) vagy diamágneses anyagok (H2O, CO2, C2H4) hatására Mezonatomok: μ- befogódik egy stabil atomba vagy molekulába, közben X emittálódik Pl. μ Pb → μ206Pb + X nehéz ólom μ- depolarizációja nehezen mérhető, könnyen befogódik, jobban mérhető a X-spektrum, mely eltolódik a std. X-spektrumhoz képest. Pl. kémiai kötés, töltéseloszlás vizsgálható.

9 μSR Μ spin rotációs technika külső mágneses térrel Müon exponenciális bomlására szuperponálódik az e+ detektálásának oszcillálása (e+ emittálás adott irányban)

10 Kaszkád gammasugárzás perturbált szögkorrelációja
Kaszkád gammabomló nuklidok gammasugárzásai közti szög eloszlása nem véletlenszerű. A szögeloszlást „zavarhatja” az atomi elektronok eloszlása → kémiai információ 111In Ag 2,8d ,5d 49m 111Cd Alkalmazás: Makromolekulák oldatokban, fémek kötődése proteinekhez, in vivo enzimvizsgálat (111mCd kötődése) Mérés: 2 detektor méri a szögeloszlást koincidencia jelek időbeli változás mérése késleltető egységgel (t=0 az 1. gamma emisszió) Feltétel: Kaszkádbomlás Gammabomlás Átmeneti mag élettartama>10-11 s

11 Elektron spektroszkópiák
Fotoelektron: hv = Ekötési + Ee-kin + E recoil számolt spektrált kémiai hatásra az e- kötési E-ja változik, ez a spektrum kémiai eltolódásából határozható meg Jó E felbontású spektrométer, jó vákuum kell. Alkalmazás: molekulák kémiai szerkezete vizsgálható Konverziós elektron: izomer átalakulás utáni stabilizálódás: belső e- kilökés vagy gammafoton emittálás Auger elektron: belső héjon e- hiány utáni stabilizálódás: X foton emittálás vagy külső Auger e- emittálás ESCA = e- spectroscopy for chemical analysis