Pozitron annihiláció müon kémia,

perturbált gamma szögkorreláció,elektron spektroszkópiák

kémiai alkalmazásaIrodalom:

Z.B. Alfassi: Chemical Analysis by Nuclear Methods

H.H. Willard, L.L. Merritt, J.A. Dean, F.A. Settle: Instrumental Methods of Analysis

Pozitron tulajdonságai

e+ (β+): töltés: +1; nyugalmi tömeg:= elektron tömege; spin:1/2; mágneses momentum: +1836 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 10-10 secTriplet: orto-Ps →3 gamma 10-7 sec

Ps képződésének valószínűsége: függ a fékező közegtől, ebből kémiai információ nyerhetőpl. vízben az idő 36%-ban Ps képződik

az idő 64%-ban direkt annihilációpl. benzolban az idő 57%-ban Ps képződik

az idő 43%-ban direkt annihilációPs reakciói:

o-Ps kioltása a közeg kémiai tulajdonságainak fgv-bene- pickoff: o-Ps+e-→2 gammaorto/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)

1. Pozitron élettartam mérése22Na →e+ + 22Ne + gamma (1,28 MeV; t=0)

511 keV

(2 vagy 3 gamma)

Pozitron annihiláció mérése:

Tipikus pozitron élettartam spektrum vízben

Gyors e+ annihiláció

Lassú o_Ps képződés és bomlás

2. Annihilációs gamma fotonok szögkorrelációjának mérése

3. Annihilációs vonal Doppler kiszélesedésének mérése

Annihilációs gammafoton E eloszlásának mérése

511 keV csúcs Doppler kiszélesedése – a közeg elektronjainak az impulzusától függ

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

Müon kémia – nagyenergiájú gyorsítókban

μ mezon:μ+: töltés +1, tömeg 0,11*mproton, spin ½, m.mom. +8,89μ-: töltés -1, tömeg 0,11*mproton, spin ½, m.mom. -8,89Elektromágneses kölcsönhatásban vesz részt. Polarizáltan képződik és bomlik.Képződik Π mezonból:

Π+ → μ+ + ν illetve Π- → μ- + ˜ν T1/2=2,6*10-10 smüon polarizált

Bomlása: paritás megmaradás nem érvényes μ+ → e+ + ν + ˜ν illetve μ- → e- + ν + ˜ν T1/2=1,5*10-6 se 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 müonraMüon 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 emittálódikPl. μ- + 206Pb → μ206Pb + X nehéz ólomμ- depolarizációja nehezen mérhető, könnyen befogódik, jobban mérhető a X-spektrum, mely

eltolódik a std. X-spektrumhoz képest.Pl. kémiai kötés, töltéseloszlás vizsgálható.

μSR

Μ spin rotációs technika külső mágneses térrel

Müon exponenciális bomlására szuperponálódik az e+ detektálásának oszcillálása (e+ emittálás adott irányban)

Kaszkád gammasugárzás perturbált szögkorrelációja

Kaszkád gammabomló nuklidok gammasugárzásai közti szög eloszlása nem véletlenszerű.

A szögeloszlást „zavarhatja” az atomi elektronok eloszlása → kémiai információ111In 111Ag2,8d 7,5d

49m

111CdAlkalmazás:Makromolekulák oldatokban, fémek kötődése proteinekhez, in vivo

enzimvizsgálat (111mCd kötődése)Mérés: 2 detektor méri a szögeloszlást

koincidencia jelekidőbeli változás mérése késleltető egységgel (t=0 az 1. gamma emisszió)

Feltétel:

Kaszkádbomlás

Gammabomlás

Átmeneti mag élettartama>10-11 s

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