Versuchsprotokoll Mößbauer-Spektroskopie - carsten-brandt.de

der umgekehrte Effekt des Rückstoßphänomens auf: Aus Impulserhaltungsgründenwürde ein Teil der Energie in kinetische Energie des absorbierenden Kerns umgewandelt,indem dieser beschleunigt wird, es sei denn, daß auch der Absorberkern in eine festeKristallmatrix eingebettet ist.Nicht jedes Quant wird mit der „richtigen“ Energie ausgesandt, auch nicht jedes Quantmit der „richtigen“ Energie führt zur Absorption, da es z. B. aufgrund von thermischenSchwingungen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch innerhalb eines Kristalls zuRückstoßphänomenen kommt. Der Anteil der spektroskopisch nutzbaren Quanten wirddurch den Lamb-Mößbauer-Faktor angegeben:(3)f= e⎛⎜−⎜⎝2Eγ2( c)⎞2x ⎟⎟⎠2x = mittl. quadr. Schwingungsampl. des Kerns in Richtung des γ-QuantsDer Lamb-Mößbauer-Faktor ist temperaturabhängig, je geringer die Temperatur ist, umso größer wird f. Selbst bei 0 K ist f jedoch noch kleiner als 1, da es eine Reihe vonsogenannten 0-Phononen-Prozessen gibt, d. h. die absorbierte Energie wird über innereQuantenübergänge ohne Schwingungsphänomene abgeleitet.Wenn Emitter- und Absorberkern sich in unterschiedlicher chemischer Umgebungbefinden, verändern sich die Kernenergieniveaus minimal, zum Beispiel durch dieEntschirmung des Kerns durch Elektronen bei höheren Oxidationsstufen.Diese Änderungen der Kernenergieniveaus sind so gering, daß bereits eine Bewegung desStrahlers mit Geschwindigkeiten von einigen mm pro Sekunde auf die Probe zu oder vondieser weg und die damit verbundenen Energieänderung des γ-Quants ausreicht, umAbsorption in der Probe hervorzurufen oder zu verhindern. Die Mößbauerspektroskopiebefaßt sich mit der Quantifizierung dieser Energieänderungen und den damitverbundenen Auswirkungen.5/2 -3/2 -1/2 - 57 Fe57 Co7/2 - t 1/2 = 270 dEC (K-Einfang)137 keV14.4 keV, t 1/2 = 98 ns0Es lassen sich nur Elementeuntersuchen, von denen es auchradioaktive Isotope gibt, die geeigneteγ-Strahlen aussenden, alsrepräsentatives Beispiel sei Eisenangeführt: In Kernreaktoren läßt sichCobalt-57 darstellen, welches sich ineiner K-Einfangreaktion in Eisen-57 imangeregten Zustand umwandelt. Dieserangeregte57 Fe-Kern sendet einAbb.2: Co-57-Zerfallnutzbares γ-Quant mit einer Energievon 14.4 keV aus, welcher von anderen (in der Probe befindlichen, nicht angeregten)57 Fe-Kernen absorbiert werden kann.Da Eisen in vielen Verbindungen vorkommt und sowohl chemisch als auch biologischsehr wichtig ist und außerdem mit Cobalt-57 eine vergleichsweise günstige γ-Strahlenquelle zur Verfügung steht, ist es das zur Zeit mößbauerspektroskopisch ambesten untersuchte Element.Mößbauerspektroskopie ist auch mit diversen anderen Elementen möglich, sofern einegeeignete Strahlenquelle zur Verfügung steht. Das wissenschaftliche Interesse ist dabei2