ベータ線核磁気共鳴で探る 原子核の構造と、結晶内部
DESCRIPTION
ベータ線核磁気共鳴で探る 原子核の構造と、結晶内部. 松多健策 （核物質学研究グループ）. http://vdg.phys.sci.osaka-u.ac.jp. 5000 種におよぶ不安定核 核モーメント（ベータ線核磁気共鳴） 核プローブ 結晶内部場. b -NMR. 豊中キャンパスマップ. 原子核の大きさ. 陽子. p. n. 中性子. X 10 万. O. H. O. H. １フェムトメートル ＝１／１０兆センチメートル. 16 O. １オングストローム ＝１／１億センチメートル. Fe. 結合エネルギー. 目のはたらき. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ベータ線核磁気共鳴で探る原子核の構造と、結晶内部
He
Li
Be
BC
F
O
Ne
8 10 11 12 13 14 15 17 19
9 10 11 12 1478 9 116 7
6 8
9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2212 1314 15 16 17 18 19 20 21 2223
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241718 1920 2122 23 24 25 2627
17 1819 20 21 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231
20 21 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435
N
Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38
2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 402223 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41
26 27 28 29 30 3231 3334 3536 37 38 3940 414227 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43
3231 3334 3536 37 38 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43 44 45
35 36 37 38 39 40 41 424344 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47
40 41 424339 40 41 4243
44 4546 4744 4546 4748
4849
AlSi
PS
Mg
ClAr
KCa
ScTi
Z
N
(r)
-NMR
松多健策 （核物質学研究グループ）
5000種におよぶ不安定核 核モーメント（ベータ線核磁気共鳴） 核プローブ 結晶内部場
http://vdg.phys.sci.osaka-u.ac.jp
豊中キャンパスマップ
X 10万
HO
OH
原子核の大きさ
１オングストローム＝１／１億センチメートル
１フェムトメートル＝１／１０兆センチメートルp
陽子
n中性子
16O
結合エネルギー
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅBQuickTime˛ Ç∆
GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
Fe
目のはたらき
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
光学顕微鏡の限界〜１ミクロン 光の波長
光学顕微鏡の世界
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
電子顕微鏡の世界
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅBQuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
トンネル顕微鏡
高速粒子線束
++
高エネルギーのビームを作る加速器が必要
ラザフォード散乱
長岡半太郎
土星型
ラザフォード
太陽系型
エックス線
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅBQuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
放射線の発見
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
キュリー
ベクレル
原子核の人工改変
16O17F
2H
17O
ベータ線
ニュートリノ65秒
ÉAÉãÉtÉ@ê¸
ÉxÅ[É^ê¸
ÉKÉìÉ}ê¸
éÜÇ‚ã‡ëÆÉtÉHÉCÉã âîÉuÉçÉbÉNìô
êlÇÃëÃÇ‚ÉvÉâÉXÉ`ÉbÉNî¬
íÜê´éqózéq
ee
e
eee
e
ee e
e
e e
e ìdéq
ÇPÇPâ≠
cm
ÇPÇPíõ
cm
ê}ÇPÅ@ï˙éÀê¸ÇÃìßâflóÕÇÃà·Ç¢
放射線の透過力
超新星爆発からのニュートリノ
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
ニュートリノ
カミオカンデ
１５万光年
超新星爆発
SN1987A
大マゼラン星雲
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
カミオカンデ QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆GIF êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
神岡鉱山の地下１０００ m
小柴昌俊
ニュートリノをつかまえる
５万トンの水タンク
âFíàê¸
é©ëRï˙éÀê ï®éøÇ©ÇÁÇÃï˙éÀê¸
40K
U
Th40K
μ
222Rn
e
40K
自然の放射能
原子核の世界
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
小型バンデ
小型バンデグラフ
１０万ボルト
Å{
é•èÍ
é¿å±é∫Ç÷
â¡ë¨
Å{ÉCÉIÉì
ÇTïSñúÉ{ÉãÉg
Å[
バンデグラフ加速器の仕組み５百万ボルト
メンテナンス
バンデグラフ本体
理化学研究所 RIKEN ring cyclotron
放射線医学総合研究所重粒子線によるガン治療
シンクロトロン
核物理研究センター リングサイクロトロン
原子核の形å¥éqäjÇÃå`Ç∆ìdé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg
16O
17O
15O
ãÖå`
ÉpÉìÉPÅ[ÉLå^
ótä™å^
N
S
N
S
μ
Q
Q
μN =
eh2Mpc +e
L =h
陽子
Ag
陽子の磁気モーメントは 2.8 倍も大きい
シュテルン
パウリ
ラビシュテルンゲルラッハの実験
N
S
核磁気共鳴回る原子核 踊る原子核
++
+
+N
スピンしながら磁場中で力を受ける
ベータ線
マイクロ秒
核磁気共鳴（ NMR ）
２万４千年
ブロッホパーセル
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
QuickTime˛ Ç∆ÉtÉHÉg - JPEG êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
MRI
åyäjóÃàÊÇÃé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg
à¿íËäj
1990îNÇ≤ÇÎÇ‹Ç≈
ç≈ãflÇPÇOîNä‘
HIMACÇ≈ÇÃë™íË
He
Li
Be
B
C
F
O
Ne
8 10 1112 13 14 15 17 19
9 10 11 12 147
8 9 116 76 8
9 10 11 12 13 1415 1617 18 19 20 2212 1314 1516 17 18 19 20 21 2223
13 1415 1617 1819 20 21 22 23 24
1718 1920 2122 23 24 25 262717 18 19 2021 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231
2021 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435
N
Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38
2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 38 39 402223 24 25 2627 2829 30 3231 33 3435 3637 3839 40 41
26 2728 2930 3231 3334 3536 3738 3940 414227 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43
3231 3334 3536 3738 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 38 39 40 41 42 43 44 45
35 3637 3839 4041 42 43 44 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47
40 41 42 4339 40 41 4243
44 4546 4744 4546 4748
4849
AlSi
PS
Mg
ClAr
KCa
ScTi
Z
N
軽核領域の磁気モーメント
3000283028262822-1.0
0.0
1.0
2.0
Frequency (kHz)
9C in Pt (T = 30K)H0 = 4.000 kOe
8C
n
S
/2
L=1
Sigma
4030201000-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0Experiment
Shell model
A16
9C - 9Li
13O - 13B
s1/ 2 p3/ 2
p1/ 2
d5/ 2 s1/ 2
d3/ 2
f7/ 2
8C
n
S
/2
L=1
9C: スピンは1.4 倍も大きい
åyäjóÃàÊÇÃé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg
à¿íËäj
1990îNÇ≤ÇÎÇ‹Ç≈
ç≈ãflÇPÇOîNä‘
HIMACÇ≈ÇÃë™íË
He
Li
Be
B
C
F
O
Ne
8 10 1112 13 14 15 17 19
9 10 11 12 147
8 9 116 76 8
9 10 11 12 13 1415 1617 18 19 20 2212 1314 1516 17 18 19 20 21 2223
13 1415 1617 1819 20 21 22 23 24
1718 1920 2122 23 24 25 262717 18 19 2021 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231
2021 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435
N
Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38
2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 38 39 402223 24 25 2627 2829 30 3231 33 3435 3637 3839 40 41
26 2728 2930 3231 3334 3536 3738 3940 414227 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43
3231 3334 3536 3738 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 38 39 40 41 42 43 44 45
35 3637 3839 4041 42 43 44 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47
40 41 42 4339 40 41 4243
44 4546 4744 4546 4748
4849
AlSi
PS
Mg
ClAr
KCa
ScTi
Z
N
Recent situation of Mag. Mom.
Present Trial
Tz = -3/2
23Al(I= ? , T1/2 = 0.47s)Proton halo?
22Mg (0+) × d5/2
s1/2 ?
Large Radius
(r)
g = μ/I Shell Model
1.58 (5/2+)3.40 (1/2+)
Frequency (kHz)
gSM(5/2+) gSM(1/2+)gSM(3/2+)
23Al in SiH0 = 3.0 kOe
2000 4000 60000 8000
0.5
0.0
- 0.5
- 1.0
- 1.5
I = 5/2
0.54 1.58 3.40
原子核の形
å¥éqäjÇÃå`Ç∆ìdé•ãCÉÇÅ[ÉÅÉìÉg
16O
17O
15O
ãÖå`
ÉpÉìÉPÅ[ÉLå^
ótä™å^
N
S
N
S
μ
Q
Q
EFG in TiO2
Multi-rf -NMR/NQR
eqQ/h
f
ZnO or TiO2
asymm
etry
I =3/2 case
Stable Nuclei
Before 1990
After 1990He
Li
Be
BC
F
O
Ne
8 10 11 12 13 14 15 17 19
9 10 11 12 147
8 9 116 76 8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2212 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2417 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35
N
Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38
22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 4022 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41
26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 4227 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
3231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 443231 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
35 36 37 38 39 40 41 42 4344 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47
40 41 42 4339 40 41 42 43
44 4546 4744 45 46 4748
4849
AlSi
PS
Mg
ClAr
KCa
ScTi
Z
N
Poor precision
Recent situation of Q
Recent SituationQ moments of Light Nulei
300
200
100
0
-100
3230282624222018
Mass Number A
Qtheor.(OXBASH)
Qpresent.
Q_old
Q (23
Na) Q M.Kein et al
Q of Na Isotopes
21Na(3/2+,22.5s)
25Na(5/2+59.6s)
TRIUMF whole view
μSR
ISAC-3D
SiC Target
カナダ
Polarizer beam line
OSAKA IIExp. port
Neutralizer Reionizer
LASER
+
TRIUMF/ISAC PolarizerBeamline
: Coil: Positive or negative ion: Neutral atom
: Polarized ion
10
8
6
4
2
0150010005000
eqQ/h (kHz)
20Na in ZnO
16
14
12
10
8
6
4
2
0150010005000
eqQ/h (kHz)
21Na in ZnO
21Na in ZnO
20Na in ZnO
300
200
100
0
-100
3230282624222018
Mass Number A
Qtheor.(OXBASH)
Qpresent.
Q_old
Q (23
Na) Q M.Kein et al
Q of Na Isotopes
Present
Implantation
ImplantationPolarized probe nuclei
-NMR
ee
Behaviour lattice site, diffusionInternal fields Bhf, K, EFG
Materials Ferro-magnets Metals Semi-conductors Ionic crystals
バンデグラフ加速器施設
5MV バンデグラフ大阪大学理学部
33Cl の磁気モーメント精密測定
setup
QuickTime˛ Ç∆TIFFÅiLZWÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ å©ÇÈÇΩÇflÇ…ÇÕïKóvÇ≈Ç∑ÅB
NMR spectra 12B in various metals
Electronic structure in Metals ----- Shifts in NMR spectra------
NMR spectra 12B in various metals
28402830282028102810-1
0
1
2
3
Frequency (kHz)
O in MgO13
H = 4 kOe0T = 300 K
K of 13O in Pt
in Pt
in vacuum
dia magnetism
Knight shift
K =H/ H0 = μB2 ∫EF{(0,E) - (0,E)}dE/H0
Ee
Nd2Fe14B (NEOMAX)
12N in AlLatticed site --- Line Width ----
14
12
10
8
6
4
2
0
AP
(%)
800700600500400300
T (K)
12N12N
窒素原子の植え込み位置
14
12
10
8
6
4
2
0
AP
(%)
800700600500400300
T (K)
窒素原子の植え込み位置と偏極度
Diffusion
P vs T(TiO2)
Site of 12B in Si
ベータ線核磁気共鳴で探る原子核の構造と、結晶内部
He
Li
Be
BC
F
O
Ne
8 10 11 12 13 14 15 17 19
9 10 11 12 1478 9 116 7
6 8
9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2212 1314 15 16 17 18 19 20 21 2223
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241718 1920 2122 23 24 25 2627
17 1819 20 21 2223 24 25 26 27 28 29 30 3231
20 21 2223 24 25 26 27 28 2930 3231 33 3435
N
Na20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 36 37 38
2223 24 25 2627 2829 30 3231 33 34 35 3637 3839 402223 24 25 26 27 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41
26 27 28 29 30 3231 3334 3536 37 38 3940 414227 28 29 30 3231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43
3231 3334 3536 37 38 3940 4142 43443231 33 34 35 3637 3839 40 41 42 43 44 45
35 36 37 38 39 40 41 424344 454635 36 37 38 39 40 41 42 4344 45 46 47
40 41 424339 40 41 4243
44 4546 4744 4546 4748
4849
AlSi
PS
Mg
ClAr
KCa
ScTi
Z
N
(r)
-NMR
松多健策 （核物質学研究グループ）
5000種におよぶ不安定核 核モーメント（ベータ線核磁気共鳴） 核プローブ 結晶内部場
http://vdg.phys.sci.osaka-u.ac.jp