Studijní text ke kurzu NRS
|
|
- Julie Čechová
- před 5 lety
- Počet zobrazení:
Transkript
1 Vít Procházka Studijní text ke kurzu NRS CENTRUM VÝZKUMU NANOMATERIÁL UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI Obsah 1. Synchrotron a synchrotronové záření Části synchrotronu Mód práce synchrotronu Vlastnosti synchrotronového záření Jaderný rezonanční rozptyl Vlastnosti jader Mössbauerův jev Koherentní elastický jaderný rezonanční rozptyl Spektrum koherentního elastického rozptylu Mnohonásobný rozptyl Izotopy vhodné pro NRS Využití jaderného dopředného rozptylu Neelastický rozptyl Literatura 12 verze z ledna 2011 volně šířitelný text Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu Vzdělávání výzkumných pracovníků v Regionálním centru pokročilých technologií a materiálů (CZ.1.07/2.3.00/ )
2 1. Synchrotron a synchrotronové záření Synchrotron a synchrotronové záření se staly během posledních dvou desetiletí nenahraditelnými nástroji vědeckého zkoumání světa kolem nás. K získání nových poznatků jsou využívány širokou škálou oborů, například fyzikou, chemií, biologií, medicínou, Ve všech těchto oborech využití synchrotronového záření přineslo zcela nové poznatky a často se také otevřel nový směr výzkumu. Stejně tak využití synchrotronového záření rozšířilo možnosti použití Mössbauerovy spektroskopie. V souvislosti se synchrotronem a se vznikem synchrotronového záření se zpravidla dovíme, že nabité částice vyzařují elektromagnetické vlny (elektromagnetické záření). Položme si však otázku, čím je tento jev způsoben, za jakých okolností k tomuto vyzařování dochází a jaké má toto záření vlastnosti. Vyzařování elektromagnetických vln nabitou částicí je důsledkem konečné rychlosti světla a s tím související konečné rychlosti šíření informace. Představme si nabitou částici pohybující se rovnoměrným přímočarým pohybem. Siločáry, znázorňující působení elektrického pole kolem uvažované částice, budou přímky kolmé k povrchu a končící v nekonečnu. Tyto siločáry budou pohyb tělesa kopírovat a budou se tedy také pohybovat rovnoměrným přímočarým pohybem. Uvažme nyní, že se toto těleso bude po jistou krátkou dobu pohybovat zrychleně, načež bude opět pokračovat v rovnoměrném přímočarém pohybu. Siločáry, jež jsou výrazem prostorového rozložení náboje v prostoru, se musí s tělesem také pohybovat zrychleným pohybem. Co však bude vnímat pozorovatel sledující pohyb dané částice v určité vzdálenosti? K tomu signál o tom, že se částice začala pohybovat zrychleně, ještě v důsledku konečné rychlosti šíření světla (informace) nedoputoval. Siločáry zrychleně pohybující se částice míří kolmo k povrchu, zatímco siločáry daleko od částice stále míří do směru, kde by částice byla, kdyby se částice nezačala pohybovat zrychleně. Siločáry však musí být spojité a tedy mezi pozorovatelem a částicí musí být siločáry zakřiveny. Toto zakřivení se ve směru k pozorovateli šíří rychlostí světla a ve chvíli, kdy toto zakřivení dorazí k pozorovateli, pozorovatel pozná, že se nabitá částice pohybovala zrychleně [8]. Toto zakřivení, které se šíří podél siločar rychlostí světla, je vlastně vyzářenou elektromagnetickou vlnou. Záření, které vzniká zakřivením dráhy elektronu, se nazývá synchrotronové záření. Toto označení má historický původ, neboť první pozorování takového záření bylo úzce spjato s experimenty jaderné a subjaderné fyziky na velkých urychlovačích. V těchto experimentech byly studovány srážky nabitých částic, jež byly urychlovány na rychlosti blížící se rychlosti světla. Urychlovanými částicemi byly zpravidla elektrony a pozitrony. Pro urychlování částic na tak velké energie (rychlosti) byly využívány urychlovače, ve kterých se částice pohybovaly po přibližně kruhových drahách a částice byly urychlovány určitým způsobem synchronizovaným elektrickým a magnetickým polem. Odtud pochází pro takové zařízení název synchrotron. Nabité urychlené částice jsou v takovém zařízení udržovány na kruhové dráze prostřednictvím magnetů (banding magnetů, angl. banding magnets), jež zakřivují jejich dráhu. V banding magnetech se částice pohybuje nerovnoměrným pohybem a při něm dochází k vyzařování elektromagnetického záření. Synchrotrony první generace jsou zpravidla nazývána zařízení, která byla primárně určena pro experimenty částicové fyziky a kde generace synchrotronového záření nebyla optimalizována pro získání intenzivního záření. Intenzita takového záření například v rentgenové oblasti byla přibližně pětkrát větší než u běžně používaných rentgenových lamp. Mezi taková zařízení patřily například urychlovače DORIS v Hamburku, CESR v Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) nebo SPEAR ve Stanfordu. Mezi synchrotrony druhé generace se řadí ta zařízení, která již ke generaci synchrotronového zařízení používala speciálně upravených dipólových, kvadrupólových nebo sextupólových magnetů. Intenzita emitovaného záření v porovnání se synchrotrony první generace byla asi dvojnásobná. S rozvojem využití synchrotronového záření a se vzrůstem poptávky byly budovány synchrotronové urychlovače už ne za účelem experimentů částicové fyziky, ale jako zdroj intenzivního elektromagnetického záření pro nejrůznější fyzikální experimenty. Tyto synchrotrony se díky unikátním vlastnostem generovaného záření na konci 90. let staly důležitými centry základního a aplikovaného výzkumu. V těchto zařízeních ke generaci synchrotronového záření slouží speciálně zkonstruované zařízení skládající se z pole magnetů s opačnou orientací pólů, takzvané insertion devices, které se vkládají do přímých úseků storage ringu. Tyto synchrotrony bývají označovány jako synchrotrony třetí generace a patří mezi ně například ESRF v Grenoblu, APS v Argonne National Laboratory nebo SPring-8 v Japonsku Části synchrotronu Synchrotron jako zdroj elektromagnetického záření pro fyzikální experimenty se zpravidla skládá ze čtyř základních částí. První částí je lineární urychlovač (LInear ACcelerator), dalšími jsou BOOSTER, storage ring a můžeme k nim také přiřadit takzvané insertion devices (český výraz pro tato zařízení není 2
3 používán). V LINACu (lineárním urychlovači) jsou elektrony urychleny elektrickým polem na určitou rychlost a poslány do BOOSTERu. BOOSTER je kruhový urychlovač částic, ve kterém jsou LINACem urychlené elektrony dále urychlovány na pracovní energii synchrotronu. Takto urychlené elektrony jsou přivedeny vstříknuty do storage ringu. Storage ring je hlavní prstenec synchrotronu, ve kterém již elektrony nejsou dále urychlovány na vyšší energie, ale pouze krouží dokola po přibližně kruhové trajektorii. Ve storage ringu je však elektronům dodávána energie vyrovnávající energetické ztráty, ke kterým dochází během oběhu. Vyrovnávání energie probíhá tak, aby distribuce energií elektronů ve storage ringu byla co nejmenší Insertion devices jsou v podstatě součástí storage ringu a jedná se o zařízení, v nichž je při průletu elektronů generováno synchrotronové záření Mód práce synchrotronu Ve storage ringu se elektrony zpravidla nepohybují ve formě rovnoměrného proudu elektronů (ale i ten je možný), ale jsou soustředěny do malých skupin, kterým se říká bunche (shluky). Tyto shluky krouží ve storage ringu a vždy při zakřivení trajektorie (při průchodu přes insertion device nebo banding magnet) vyzáří pulz intenzivního elektromagnetického záření. Ve storage ringu může obíhat několik bunchů elektronů současně a jejich počtem, vzdáleností mezi sebou a rychlostí je určena doba mezi jednotlivými pulzy záření. Počet těchto bunchů se může pohybovat od jednoho až po několik desítek (možný je i kontinuální mód) a typická doba mezi dvěma impulzy je ns. Pulzní charakter synchrotronového záření umožňuje studovat například rychlé relaxační procesy. Pro některé experimenty, jako například pro jaderný rezonanční rozptyl, je výhodnější mód s malým počtem bunchů, na druhou stranu pro experimenty vyžadující intenzivní záření je vhodnější mód s velkým počtem bunchů Vlastnosti synchrotronového záření V této kapitole se budeme podrobněji zabývat dalšími charakteristikami synchrotronového záření, mezi něž patří spektrální hustota, divergence, světlost (brightness), briliance a další. Tyto charakteristiky se liší podle použitého insertion device a pro každou experimentální metodu je vhodné záření o jiných parametrech, kdy podle požadavků konkrétních metod jsou insertion devices konstruovány. Pro výpočet charakteristik synchrotronového záření vycházejícího z insertion devices existuje celá řada počítačových programů, které jsou dostupné na webových stránkách synchrotronů. Mezi takové patří například program SPECTRA8 ze synchrotronu SPring8 nebo program XOP z ESRF v Grenoblu. Synchrotronové záření je emitováno v úzkém kuželu ve směru tečny k trajektorii pohybu elektronů. Rozbíhavost svazku je dána úhlem otevření kužele a tento úhel σ r je dán vztahem σ r = 1 γ. (1) Doba trvání záblesku, který pozorovatel uvidí při pohledu podél tečny k trajektorii, je dána vztahem t = 4R 3cγ 3. (2) Typicky se tento čas pohybuje v rozmezí s. První charakteristikou synchrotronového záření je počet fotonů emitovaných obíhajícím elektronem za sekundu, který je úměrný vyzářenému výkonu. Vyzářený výkon je dán vztahem [9] P = e2 C 6πε 0 1 (m 0 c 2 ) 4 E 4 R 2 = e2 c 6πε 0 1 R 2 γ4, (3) kde γ = E/m 0 c 2, m 0 je klidová hmotnost částice, E je celková energie částice a R je poloměr zakřivení trajektorie částice. Celkový tok (total flux) je definovaný jako Totalflux Fotony/s. (4) 3
4 Celkový tok však zahrnuje fotony všech vlnových délek, a proto je to údaj zajímavý pouze pro některé experimenty, které využívají celé spektrum záření, takzvané bílé záření. Většina spektroskopických metod vyžaduje monochromatické záření a tedy je nutné zohlednit spektrální distribuci záření. Energetické spektrum synchrotronového záření z banding magnetů je obvykle podobné záření černého tělesa s kritickou energií E c danou energií obíhajících částic: kde E c = 3 hcγ3 2R = C E3 R, (5) C = 2, m/gev 2. (6) Kritická energie určuje horní hranici prakticky použitelné energie. Zařízení s energií částic nižší než 2,5 GeV jsou vhodnější pro experimenty s energií částic záření pod 1,5 kev (měkké rentgenové záření), zařízení s E > 2,5 GeV jsou vhodná pro měření v oblasti tvrdého rentgenového záření. Pro charakterizaci spektrální distribuce se používá veličina spektrální hustota, která je definovaná vztahem Fotony/s Spektrální hustota 0,1% šířka pásma, (7) což je tok normalizovaný na relativní spektrální šířku pásma E/E = Úhel otevření kužele záření může být pro undulátory a wiglery redukován. Parametr K, který je dán vztahem K = 0,934λ u B 0, [cm, T] (8) se nazývá deflekční koeficient. Úhel otevření kužele záření pro wiglery a undulátory je dán vztahem σ r = 1 ( K 2 γ 2Nn, (9) kde N je počet period, n je harmonický řád a λ u je perioda střídání magnetických pólů ve wigleru nebo undulátoru. Pro popsání úhlové kolimace svazku je zavedena veličina světlost (brightnes) definovaná jako Světlost Fotony/s mrad 2 0,1% šířka pásma, (10) která vyjadřuje spektrální tok na jednotku prostorového úhlu. Parametry (vlastnosti) emitovaného záření nezávisí pouze na parametrech insertion devices, ale také na parametrech svazku částic (elektronů). Jedním z parametrů, které výrazně ovlivňují vlastnosti synchrotronového záření, jsou příčné oscilace částic při pohybu na své trajektorii (orbitu) storage ringu. Tyto oscilace probíhají v obou příčných směrech ke směru letu částic, nazývají se betatronové oscilace a značí se jako funkce β(s), kde s je bod trajektorie. Dalším parametrem popisujícím záření je emitance. Pro aplikace, které potřebují vysoce intenzivní svazek záření aplikovat na malý vzorek (do malé plochy), je podstatný parametr briliance (Brilliance) definovaný jako: Briliance Fotony/s mrad 2 mm 2 0,1% šířka pásma. (11) Jedná se o světlost (brightness) normovanou na jednotkovou plochu. Parametry, jakých dosahuje záření vybraných synchrotronů, jsou uvedeny v tabulce 1. Dalším důležitým parametrem synchrotronového záření je jeho polarizace. Záření vycházející přesně v rovině storage ringu je kompletně polarizované v této rovině. Fotony generované mimo tuto rovinu vykazují určitý stupeň eliptické polarizace. V důsledku konečné úhlové akceptance zařízení záření obsahuje vždy určitou složku s eliptickou polarizací. Pro některé experimenty je nutná čistá lineární polarizace záření a potom je nutné použít speciálních polarizačních filtrů k odfiltrování nežádoucí elipticky polarizované složky. Jiné experimenty však vyžadují kruhovou polarizaci záření. Pro tyto účely je nutné konstruovat speciální helikální undulátory [7]. Srovnání, jakých intenzit záření můžeme díky synchrotronovému záření dosáhnout, je v tabulce 2. Uvádíme srovnání konvenčního radioaktivního zdroje pro Mössbauerovu spektroskopii a synchrotronového záření používaného pro synchrotronovou Mössbauerovskou spektroskopii. 4
5 spacing [ns] lifetime [h] max. current [ma] availability [%] On request On re quest On r equest On request emmitance hor. [nm rad] emmitance ver. [nm rad] energy spread [%] Source properties ID 18 ID 22N 3 ID BL09XU4 F4 BW4 size hor. (rms) [µm] size ver. (rms) [µm] div. hor. (rms) [µrad] div. ver. (rms) [µrad] X-ray properties5 source type6 U (1.6 m) U (1.6 m) U (2.4 m) U (4.5 m) BM W (2.7 m) U (4 m) size hor. (fwhm) [mm] size ver. (fwhm) [mm] div. hor. (fwhm) [µrad] div. ver. (fwhm) [µrad] purity Tabulka 1: [8] Property Synchrotron radiation Co-source Relevant spectral flux (ph/s/ev) Brightness (ph/s/ev/sr) Brilliance (ph/s/ev/sr/mm 2 ) Typical beamsize (mm2 ) Energy resolution (ev) variable Energy range (ev) Polarization 100% linear unpolarized... Tabulka 2: Srovnání parametrů záření klasického Mössbauerovského zdroje a záření ze synchrotronu třetí generace. Tabulka byla převzata z [16] 5
6 2. Jaderný rezonanční rozptyl Jaderný rezonanční rozptyl (nuclear resonance scaterring, NRS) prošel na konci 80. a začátku 90. let rychlým rozvojem spojeným s vybudováním synchrotronů třetí generace [5, 1]. Jak již samotný název této metody navozuje, jedná se o rozptyl záření na jádrech. Jaderný rezonanční rozptyl (někdy také nazývaný jako synchrotronová Mössbauerova spektroskopie) je jedna z experimentálních metod vhodných ke studiu hyperjemných polí a hyperjemných interakcí. Jaderný rezonanční rozptyl ale umožňuje také například měření fononových spekter Vlastnosti jader Jádra atomů se skládají z elementárních částic, které se nazývají nukleony. Jedná se o kladně nabité protony a elektricky neutrální neutrony. To, jakým způsobem jsou tyto základní stavební kameny v jádře poskládány, určuje vlastnosti jednotlivých jader [10]. Mezi základní charakteristiky jader patří hmotnost M, protonové číslo p, které současně určuje i náboj jádra, nukleonové číslo n, p nfe, 57 26Fe, elektrický náboj q = pe, kvadrupólový moment Q, spin s (různý pro základní a excitovaný stav), magnetický moment m = γs, γ - gyromagnetický poměr a parita Π. Jednotlivé stacionární stavy (stavy nezávislé na čase) mají různou energii, kde stacionární stav s nejnižší energií nazýváme základní stav. Jádra mohou za určitých podmínek přecházet mezi jednotlivými stacionárními stavy. Přechody mezi jednotlivými stavy jsou doprovázeny emisí nebo absorpcí fotonu Mössbauerův jev Při přechodech mezi jednotlivými stacionárními stavy jádra dochází k vyzáření nebo pohlcení fotonu. Při procesu absorpce nebo emise fotonu jádrem musí platit zákony zachování energie, hybnosti, momentu hybnosti a parity. Uvažujme jádro s nulovou rychlostí v prvním excitovaném stavu. Toto jádro následně spontánní deexcitací přejde do základního stavu za současného vyzáření fotonu. Každý foton má nenulovou hybnost a současně pro celou studovanou soustavu (jádro a foton) musí platit zákon zachování hybnosti, tedy celkový součet hybnosti soustavy po vyzáření musí být nulový (nulová rychlost jádra před deexcitací). Aby byl splněn zákon zachování hybnosti, musí jádro po deexcitaci mít hybnost stejné velikosti jako vyzářený foton, ale opačného směru. Dojde k takzvanému zpětnému rázu. Jinak bude vypadat situace v látce, například v krystalu, kde jsou jádra pevně vázána v určitých krystalografických pozicích. Při vyzáření fotonu vázaným jádrem musí také platit zákon zachování hybnosti. Zpětný ráz jádra v krystalu však vede ke generaci kmitu mříže (fononu). Ne vždy však může být fonon o dané hybnosti generován (fononové spektrum neumožňuje vybuzení takového fononu) a tehdy zpětný ráz získává krystal jako celek. Tento jev se nazývá bezodrazová emise záření nebo také Mössbauerův jev a to podle německého fyzika RUDOLFA MÖSSBAUERA, který tento jev poprvé popsal. Analogicky k bezodrazové emisi fotonu známe také jev bezodrazové absorpce. Další podrobnosti je možné se dočíst ve speciálních publikacích věnovaných Mössbauerově spektroskopii, například v [3, 2, 10] a mnoha dalších Koherentní elastický jaderný rezonanční rozptyl Uvažujme krystal, který obsahuje velké množství jader určitého prvku. Vlnovou funkci základního stavu jednoho jádra a jeho energii označíme ψ g a E g. Analogicky ψ e a E e jsou vlnová funkce a energie prvního excitovaného stavu. Rozdíl energií prvního excitovaného a základního stavu označíme jako E = E e E g. Krystal ozáříme krátkým impulzem elektromagnetického záření o energii E γ = hω, ω je frekvence záření. Elektromagnetické záření (proud fotonů) se následně bude šířit prostředím (krystalem) obsahujícím jádra. Bude-li platit rezonanční podmínka E = E γ, (12) můžeme mluvit o šíření elektromagnetického záření rezonančním prostředím, nebo také o rezonančním rozptylu. V literatuře bylo popsáno několik způsobů popisu interakce elektromagnetického záření s rezonančním prostředím [17, 6, 11]. V tomto textu se nebudeme zabývat podrobným matematickým popisem, ale spíše se pokusíme ozřejmit základní principy jaderného rezonančního rozptylu. Jak již bylo na začátku této kapitoly uvedeno, studujeme systém obsahující izotopy určitého prvku, nejčastěji železa. Přirozená směs železa obsahuje asi 2 % izotopu 57 Fe, který má rozdíl energií základního 6
7 a prvního excitovaného stavu přibližně 14,4 kev (ostatní izotopy železa nejsou pro jaderný rezonanční rozptyl použitelné). Na tento systém dopadá elektromagnetické záření o energii 14,4 kev a to je systémem rozptýleno. S určitou pravděpodobností je kvantum elektromagnetického záření jádrem absorbováno a to přejde do excitovaného stavu. Excitovaný stav je ale nestabilní a s poločasem rozpadu Γ přechází zpět do základního stavu za současné emise kvanta elektromagnetického záření (fotonu). O fotonech, které excitovaly jádro, říkáme, že byly rezonančně rozptýleny. Fotony, které neexcitují jádra, buď prochází látkou bez interakce s ní (transmise), nebo interagují s elektronovými obaly atomu a fonony, čili jsou rozptýleny nerezonančně. V důsledku nenulové doby života excitovaného stavu jádra je rezonančně rozptýlené záření za přímým svazkem (excitačním pulzem) a nerezonančně rozptýleným zářením zpožděné. Nerezonančně rozptýlené záření je za excitačním pulzem také zpožděné, ale v porovnání s rezonančním rozptylem je toto zpoždění zanedbatelné. Příklad takového experimentu je na obr spektrum NFS Amplitude (a.u.) time (ns)... Obrázek 1: Příklad spektra NFS v logaritmické škále. Toto rozptýlené záření je detekováno v závislosti na zpoždění za excitačním pulzem. Intenzita tohoto záření v závislosti na zpoždění za excitačním pulzem je spektrum jaderného rozptylu. Je-li rozptýlené záření koherentní s dopadajícím zářením a detekujeme-li záření ve směru dopadajícího záření, v přímém (dopředném) směru, mluvíme o tomto experimentu jako o jaderném dopředném rozptylu (Nuclear Forward Scattering, NFS). Detekujeme-li koherentně rozptýlené záření difraktované podle Braggova zákona, mluvíme o takzvaném jaderném braggovském rozptylu (Nuclear Bragg Scattering, NBS). V obou těchto případech se jedná o elastický rozptyl, čili energie dopadajícího a rozptýleného záření je shodná. Případ, kdy se tyto energie liší, označujeme jako neelastický rozptyl Spektrum koherentního elastického rozptylu. V experimentech klasické Mössbauerovy spektroskopie měříme absorpční, případně emisní energetické (frekvenční) spektrum g(ω). Zatímco v experimentech jaderného rezonančního rozptylu získáváme časové spektrum G(t). Pro funkce g(ω) a G(t) platí Funkce E(ω) je Fourierovým obrazem funkce E(t) G(t) E(t) 2, (13) g(ω) E(ω) 2. (14) E(ω) = FT (E(t)). (15) To ovšem neplatí pro druhé mocniny jejich absolutních hodnot a tedy ani pro funkce g(ω) a G(t). g(ω) FT (G(t)) (16) V mössbauerovských experimentech a NRS experimentech, stejně jako v RTG experimentech, detekujeme pouze amplitudu záření, a tedy ztrácíme informaci o fázi elektromagnetického záření, a proto spektrum g(ω) již není Fourierovým obrazem spektra G(t), jak uvádí i rovnice 16. Důsledkem tohoto tzv. fázového problému je to, že pro vyhodnocení spekter NFS a NBS nemůžeme použít Fourierovu transformaci, ale musíme experimenty jaderného rezonančního rozptylu vyhodnocovat přímo v časové doméně. 7
8 ... Obrázek 2: NFS spektra pro různé geometrie experimentu s ohledem na polarizaci svazku. Převzato z [9] Kvantové zázněje Vlivem interakce s okolím se původně nedegenerovaná základní i excitovaná hladina rozštěpí. Za interakci s okolím považujeme působení vnějšího elektrického a magnetického pole, dipól-dipólovou interakci s magnetickými momenty okolních jader a iontů, ale především interakci jádra s elektrony vlastního elektronového obalu. Vlivem této interakce tedy může dojít k sejmutí degenerace jak základního, tak excitovaného stavu na Zeemanův multiplet (působením magnetického pole), tak na multiplet působením gradientu elektrického pole. Jádro může potom přecházet mezi kteroukoliv hladinou základního stavu na kteroukoliv hladinu excitovaného stavu za současého respektování výběrových pravidel. V Mössbauerových spektrech dojde k rozštěpení původně jedné absorpční/emisní čáry podle typu interakce a směru dopadajícího paprsku na dvě, čtyři, šest a někdy i osm čar. Jedna čára přejde ve spektrum čar, jehož šířka však nepřekračuje několik nev. Šířka celého spektra je mnohem menší než šířka pásma dopadajícího excitačního pulzu a tedy při dopadu excitačního pulzu jsou vybuzeny všechny jaderné přechody ze základního do excitovaného stavu současně. Tyto excitované hladiny následně deexcitují za současné emise fotonu (zpožděného rezonančně rozptýleného záření). NFS a NBS jsou procesy koherentní. Koherentně emitovaná kvanta záření spolu interferují a toto interferující záření je následně detekováno. Vlivem interference fotonů o mírně se lišících vlnových délkách (frekvencích) vznikají v časovém záznamu minima a maxima intenzity elektromagnetického pole podobné stojatým vlnám. Tyto vlny v časovém záznamu detekované intenzity jsou nazývány kvantové zázněje (Quantum Beats, Quantum Beating, QB). V poloze, frekvenci a tvaru těchto záznějů (lokálních minim a maxim) je zakódovaná informace o hyperjemných interakcích, případně o působení externího magnetického pole. Podstatným úkolem při zpracování spekter NFS a NBS je získat právě informaci o hyperjemných interakcích Polarizace Protože synchrotronové záření, kterého je v experimentech koherentního elastického rozptylu využito k excitaci jaderného systému, je zpravidla polarizované, nabízí jaderný rezonanční rozptyl možnost studia jevů, které jsou pro klasickou Mössbauerovou spektroskopii měřitelné jen s velkými obtížemi. Polarizace podstatným způsobem ovlivňuje tvar spektra jaderného rezonančního rozptylu. Na obr. 2 je uvedeno několik základních orientací magnetického pole, polarizace a vlnového vektoru dopadajícího záření Mnohonásobný rozptyl Podstatný vliv na tvar výsledného spektra má efektivní tloušťka, která je zpravidla vyjádřená hustotou jader rezonujícího izotopu na jednotkovou plochu vzorku. Při nárůstu efektivní tloušťky se výrazně 8
9 ... Obrázek 3: Spektra NFS a transmisní mössbauerovská spektra tenkého a tlustého vzorku, u kterého již dochází k mnohonásobnému rozptylu. Převzato z [12]. projeví efekty mnohonásobného rozptylu. Mnohonásobným rozptylem rozumíme interakci rezonančně již rozptýleného záření s dalším rozptylovým centrem Speed up Proces zrychlení (speed up effect) [14, 9] se projevuje u experimentů na vzorcích o větší tloušťce. Stručně jej můžeme přiblížit tak, že se jedná o jistou formu stimulované emise. Vzorkem se šíří zpožděné rozptýlené záření, které ale interaguje s okolními jádry stále se nacházejícími v excitovaném stavu a ovlivňuje pravděpodobnost deexcitace. Rozptýlené záření stimuluje jádra k emisi záření a tím se zrychluje relaxace jader ze vzbuzeného do základního stavu Zachytávání záření Zachytávání záření, anglicky trapping of the radiation, je jedním z důsledků mnohonásobného rozptylu [14]. Je-li záření rozptýlené jedním rozptylovým centrem (jádrem) rozptýleno dalším rozptylovým centrem, dochází k dalšímu zpoždění vyvolanému druhým rozptylem (excitací a následnou deexcitací druhého jádra). Při průchodu fotonu vzorkem může, v závislosti na jeho tloušťce, dojít k mnoha následným rozptylům a s každým dalším rozptylem je záření dále zpožďováno, zachytáváno ve vzorku Dynamické zázněje Uvažujme opět situaci, kdy ve studovaném vzorku dochází k mnohonásobnému rozptylu. Vzorkem se tedy šíří synchrotronové záření excitačního pulzu E i a dále pak záření rozptýlené E s. Rozptýlené záření E s se v případě mnohonásobného rozptylu skládá ze záření pocházejícího od jednoduchého, dvojnásobného až m-tého rozptylu. Provedeme-li součet všech příspěvků, pak v energetické doméně získáme pro materiál s jednou rezonanční čárou spektrum, kde bude výrazně potlačen signál v rezonanční podmínce a pozorujeme takzvaný double humtp profile [14], neboli zdvojený pík. V časové doméně se tento jev projeví přibližně periodickým poklesem intenzity. Tyto poklesy se zpravidla označují jako dynamické zázněje (dynamic beats) [11, 12] Projev mnohonásobného rozptylu je v časové i energetické doméně velice podobný jako kvadrupólové štěpení a při analýze spekter je vždy potřeba zohlednit, zda na tvar spektra může mít mnohonásobný rozptyl vliv. Na obr. 3 je srovnání energetického i časového NFS spektra pro vzorek tenký a tlustý, u kterého dochází k mnohonásobnému rozptylu. Pro srovnání uvádíme také, jak se mnohonásobný rozptyl projeví u klasických transmisních Mössbauerových spekter Hybridní zázněje Při experimentech jaderného rezonančního rozptylu se velice často stává, že se ve spektru projeví jak kvantové, tak dynamické zázněje současně. V takovém případě mluvíme o takzvaných hybridních 9
10 ... Obrázek 4: Spektra NFS a transmisní mössbauerovská spektra tenkého a tlustého vzorku, u kterého již dochází k mnohonásobnému rozptylu. Převzato z [12]. záznějích [12]. Na obr. 4 je srovnání spekter tenkého a tlustého vzorku, který vykazuje kvadrupólové štěpení. Při analýze je potřeba separovat vliv dynamických a kvantových záznějů. Zajímavý je případ, kdy magneticky uspořádaný vzorek vykazuje distribuci magnetického hyperjemného pole. V tomto případě je díky mnohonásobnému rozptylu možné určit tvar distribucí hyperjemného pole Izotopy vhodné pro NRS Pro měření jaderného rezonančního rozptylu jsou vhodné jen některé izotopy. Jsou to ty izotopy, jejichž jaderný přechod ze základního do excitovaného stavu má energii takovou, kterou jsme schopni získat ze synchrotronového záření. Další podmínkou kladenou na izotopy vhodné pro NRS je nenulovost magnetického momentu, neboť právě magnetický moment interaguje s magnetickým, případně elektrickým polem. Izotop musí být stabilní nebo mít dostatečně dlouhý poločas rozpadu ve srovnání s dobou života excitovaného stavu jádra. Mezi prvky, které mají izotop vhodný pro NRS, patří např. Eu, Ge, Sn, Sm, Ta,... Nejčastěji je však, podobně jako v klasické (transmisní) Mössbauerově spektroskopii, užíván izotop ⁵⁷Fe Využití jaderného dopředného rozptylu Díky svým vlastnostem je jaderný dopředný rozptyl vhodným nástrojem ke studiu hyperjemných interakcí, a to především v případech, kdy klasická Mössbauerova spektroskopie je, kvůli nízké intenzitě zdroje záření, příliš pomalou metodou. NFS díky využití intenzivního synchrotronového záření je schopná změřit spektrum s dostatečným poměrem signálu k šumu nepoměrně rychleji. Zatímco klasická MS pro načtení jednoho spektra potřebuje čas okolo minimálně jedné hodiny (v některých případech i týdny), čas pro načtení NFS se pohybuje okolo jedné minuty, ale v některých případech může být i kratší. Výhodou je také polarizace synchrotronového záření. Díky této rychlosti se pro NRS otvírá velice široké pole využití, a to především ke studiu rychlých procesů, jako je difuze, nebo chemické reakce a fázové transformace, krystalizační a rekrystalizační procesy. 3. Neelastický rozptyl V kapitole 2.3 jsme se podrobněji zabývali koherentním elastickým rozptylem a nyní se blíže zaměříme na případ neelastického rozptylu [18, 4, 13]. 10
11 ... Obrázek 5: Schéma experimentálního uspořádání pro měření jaderného neelastického rozptylu. Převzato z [19].... Obrázek 6: Zpoždění rezonančně rozptýleného záření za nerezonančně rozptýleným zářením, Převzato z [19]. Neelastický rozptyl může být koherentní i nekoherentní. V obou případech dochází k interakci a tedy i ke změně ve vibračních stavech stíněných jader anebo ke změně itinerantních elektronů. Liší-li se energie dopadajícího záření, může k jaderným přechodům dojít pouze za současné emise nebo absorpce fononu (kmitu mříže), který dodá (odvede) chybějící (přebývající) energii. K absorpci fotonu dochází, je-li k dispozici fonon s patřičnou energií, případně když může být takový fonon emitován, (fononové spektrum) [19]. Jádro je v tomto případě jakousi sondou pro studium kmitů mříže (fononů) a samotný jaderný přechod (elastický) hraje roli energetické reference. Na obr. 5 je znázorněno základní uspořádání pro měření jaderného neelastického rozptylu. Pomocí monochromátoru s vysokým rozlišením postupně měníme energii dopadajícího záření ve vhodném energetickém intervalu. Toto záření je neelasticky absorbováno a následně opět vyzářeno. Deexcitace jader může probíhat třemi různými kanály. Prvním je jaderná fluorescence, druhým je atomová fluorescence a třetím kanálem jsou konverzní elektrony. Toto rozptýlené záření je zaznamenáváno detektorem (zpravidla lavinovou fotodiodou), který se umísťuje co možná nejblíže studovaného vzorku, ovšem mimo přímý směr dopadajícího paprsku. Záření je detekováno ještě jedním detektorem, tentokrát v přímém směru a tento detektor je ve větší vzdálenosti od detektoru. Stejně jako v případě koherentního elastického experimentu i zde je detekováno rozptýlené záření v závislosti na čase (zpoždění za excitačním pulzem), viz obr. 6. Toto zpoždění nám umožňuje rozlišit a od sebe separovat rezonančně a nerezonančně rozptýlené záření. Zpožděné záření je následně integrováno ve zvoleném časovém okně. Typicky se jedná o interval od 30 ns do 300 ns pro experimenty na izotopu 57 Fe. Tato integrální intenzita signálu I(E) je úměrná hustotě stavů fononů a je funkcí energie dopadajícího záření, viz obr. 7. Jaderný neelastický rozptyl je jedinou experimentální metodou, která umožňuje měřit přímo hustotu stavu fononů. Vraťme se nyní k funkci detektoru umístěného v dopředném směru. Tento detektor má za úkol určení aparaturní funkce (nestability monochromatizace, ) Tento detektor také detekuje elastický pík, neboť detektor pro neelastický rozptyl bývá zpravidla přehlcen. Jeho kvalitní proměření hraje následně roli při vyhodnocení celého experimentu. Pro vyhodnocení experimentů je nutné použít speciální software, který umožňuje určit hustotu stavu fononů. Takovým softwarem je například PHOENIX [15] nebo DOS. Díky možnosti určit hustotu stavů fononů je NIS dobrým nástrojem pro určení termodynamických veličin jako příspěvek mřížových oscilací k vnitřní energii, měrnému teplu a vibrační entropie. 11
12 ... Obrázek 7: I(E), příklad měření INS. 4. Literatura [1] DH Bilderback, P Elleaume, and Weckert E. Review of third and next generation synchrotron light sources. Journal of physics B-Atomic molecular and optical physics, 38:S773--S797, [2] E. Gerdau, R. Rüffer, H. Winkler, W. Tolksdorf, C. P. Klages, and J. P. Hannon. Nuclear bragg diffraction of synchrotron radiation in yttrium iron garnet. Physical Review Letterss, 54: , [3] U. Gonser. Mössbauer Spectroscopy. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, [4] V. G. Kohn, A. I. Chumakov, and R. Rüffer. Nuclear resonant inelastic absorption of synchrotron radiation in anisotropic sigle crystal. Physical Review B, 58:8437, [5] C. Kunz. Synchrotron radiation: third generation sources. Journal of physics-condensed matter, 13: , [6] C. L'abbé, R. Callens, and J. Odeurs. Time-integrated synchrotron mössbauer spectroscopy. Hyperfine Interactions, 135: , [7] J. C. Lang, George Srajer, and Roger J. Dejus. A comparison of an elliptical multipole wiggler and crystal optics for the production of circularly polarized x rays. Review of Scientific Instruments, 67:62, [8] G. Mulhaupt and R. Rüffer. Properties of synchrotron radiation. Hyperfine Interactions, 123/124: , [9] Ralf Röhlsberger. Nuclear Condensed Matter Physics with Synchrotron Radiation. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, [10] Bedřich Sedlák and Runar Nikolajevič Kuz'min. Jaderné resonanční metody ve fyzice pevných látek. Státní pedagogické nakladatelství, Praha, [11] Yuri V. Shvyd'ko. Nuclear resonance forward scattering of x rays: Time and space picture. Physical Review B, 59:9132, [12] Yuri V. Shvyd'ko, U. van Brück, W. Potzel, P. Schindelmann, E. Gerdau, O. Leupold, J. Metge, H. D. Rüter, and G. V. Smirnov. Hybrid beat in nuclear forward scattering of synchrotron radiation. Physical Review B, 57:3552, [13] K. S. Singwi and Sjölander. Resonance absorption of nuclear gamma rays and the dynamics of atomic motions. Physical Review, 120:1093, [14] G. V. Smirnov. General properties of nuclear resonant scattering. Hyperfine Interactions, 123/124: , [15] W. Sturhahn. Conuss and phoenix: Evaluation of nuclear resonance scattering data. Hyperfine Interactions, 125: , [16] W. Sturhahn, E.E. Alp, T.S. Toellner, P. Hession, M. Hu, and J. Sutter. Introduction to nuclear resonant scattering with synchrotron radiation. Hyperfine Interactions, 113:47--58,
13 [17] W. Sturhahn and E. Gerdau. Evaluation of time-differential measurements of nuclear-resonance scatterin of x rays. Physical Review B, 49:9285, [18] W. Sturhahn and V. G. Kohn. eoretical aspects of incoherent nuclear resonance scattering. Hyperfine Interactions, 123/124: , [19] W. Sturhahn, T. S. Toellner, E. E. Alp, X. Zhang, M. Ando, Y.Yoda, S Kikuta, M. Seto, C. W. Kimball, and B. Dabrowski. Phonon density of states measured by inelastic nuclear resonant scattering. Physical Review Letters, 74:3832, Autor textu Mgr. Vít Procházka, Ph.D. v.prochazka@upol.cz tel.: Pracoviště Centrum výzkumu nanomateriálů Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci Šlechtitelů 11, Olomouc 13
In-situ experimenty NFS
, amorfní slitiny Fe 18. března 211 Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Obsah 1 2 3 57 Fe 9 Zr 7 B 3 - amorfní slitina 4 Obsah 1 2 3 57 Fe
VíceZáklady Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala
Základy Mössbauerovy spektroskopie Libor Machala Rudolf L. Mössbauer 1958: jev bezodrazové rezonanční absorpce záření gama atomovým jádrem 1961: Nobelova cena Analogie s rezonanční absorpcí akustických
VíceElektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření
Elektromagnetické záření lineárně polarizované záření Cirkulárně polarizované záření Levotočivé Pravotočivé 1 Foton Jakékoli elektromagnetické vlnění je kvantováno na fotony, charakterizované: Vlnovou
VíceOptické spektroskopie 1 LS 2014/15
Optické spektroskopie 1 LS 2014/15 Martin Kubala 585634179 mkubala@prfnw.upol.cz 1.Úvod Velikosti objektů v přírodě Dítě ~ 1 m (10 0 m) Prst ~ 2 cm (10-2 m) Vlas ~ 0.1 mm (10-4 m) Buňka ~ 20 m (10-5 m)
VíceTheory Česky (Czech Republic)
Q3-1 Velký hadronový urychlovač (10 bodů) Než se do toho pustíte, přečtěte si prosím obecné pokyny v oddělené obálce. V této úloze se budeme bavit o fyzice částicového urychlovače LHC (Large Hadron Collider
VíceStručný úvod do spektroskopie
Vzdělávací soustředění studentů projekt KOSOAP Slunce, projevy sluneční aktivity a využití spektroskopie v astrofyzikálním výzkumu Stručný úvod do spektroskopie Ing. Libor Lenža, Hvězdárna Valašské Meziříčí,
VíceZáklady spektroskopie a její využití v astronomii
Ing. Libor Lenža, Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o. Základy spektroskopie a její využití v astronomii Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o. Krajská hvezdáreň v Žiline Světlo x záření Jak vypadá spektrum?
VíceSPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,
SEKTRÁLNÍ METODY Ing. David MILDE, h.d. Katedra analytické chemie Tel.: 585634443; E-mail: david.milde@upol.cz (c) -2008 oužitá a doporučená literatura Němcová I., Čermáková L., Rychlovský.: Spektrometrické
VíceFotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec
Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace RNDr. Věra V Vodičkov ková,, PhD. Katedra materiálů TU Liberec Obecné schéma metody Dopad rtg záření emitovaného ze zdroje na vzorek průnik fotonů několik µm
Více13. Spektroskopie základní pojmy
základní pojmy Spektroskopicky významné OPTICKÉ JEVY absorpce absorpční spektrometrie emise emisní spektrometrie rozptyl rozptylové metody Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
VíceÚvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, 2014. Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.
Aktivní prostředí v plynné fázi. Plynové lasery Inverze populace hladin je vytvářena mezi energetickými hladinami některé ze složek plynu - atomy, ionty nebo molekuly atomární, iontové, molekulární lasery.
VíceOPVK CZ.1.07/2.2.00/
18.2.2013 OPVK CZ.1.07/2.2.00/28.0184 Cvičení z NMR OCH/NMR Mgr. Tomáš Pospíšil, Ph.D. LS 2012/2013 18.2.2013 NMR základní principy NMR Nukleární Magnetická Resonance N - nukleární (studujeme vlastnosti
VíceINSTRUMENTÁLNÍ METODY
INSTRUMENTÁLNÍ METODY ACH/IM David MILDE, 2014 Dělení instrumentálních metod Spektrální metody (MILDE) Separační metody (JIROVSKÝ) Elektroanalytické metody (JIROVSKÝ) Ostatní: imunochemické, radioanalytické,
VíceUniverzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta. Jaderný rezonanční rozptyl
Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta Jaderný rezonanční rozptyl Mössbauerova spektroskopie pomocí synchrotronového záření Vít Procházka Olomouc, duben 2012 Tento projekt je spolufinancován
VíceVybrané spektroskopické metody
Vybrané spektroskopické metody a jejich porovnání s Ramanovou spektroskopií Předmět: Kapitoly o nanostrukturách (2012/2013) Autor: Bc. Michal Martinek Školitel: Ing. Ivan Gregora, CSc. Obsah přednášky
VícePřednáška IX: Elektronová spektroskopie II.
Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II. 1 Försterův resonanční přenos energie Pravděpodobnost (rychlost) přenosu je určená jako: k ret 1 = τ 0 D R r 0 6 0 τ D R 0 r Doba života donoru v excitovaném
VíceÚvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu
Úvod do moderní fyziky lekce 3 stavba a struktura atomu Vývoj představ o stavbě atomu 1904 J. J. Thomson pudinkový model atomu 1909 H. Geiger, E. Marsden experiment s ozařováním zlaté fólie alfa částicemi
VícePSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.
PSK1-14 Název školy: Autor: Anotace: Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka Optické zdroje a detektory Vzdělávací oblast: Informační a komunikační technologie Předmět:
VíceZdroje optického záření
Metody optické spektroskopie v biofyzice Zdroje optického záření / 1 Zdroje optického záření tepelné výbojky polovodičové lasery synchrotronové záření Obvykle se charakterizují zářivostí (zářivý výkon
VíceHamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:
Orbitální a spinový magnetický moment a jejich interakce s vnějším polem Vše na příkladu atomu H: Elektron (e - ) a jádro (u atomu H pouze p + ) mají vlastní magnetický moment (= spin). Tyto dva dipóly
VíceDetekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?
Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou? 10/20/2004 1 Bethe Blochova formule (1) je maximální možná předaná energie elektronu N r e - vogadrovo čislo - klasický poloměr elektronu
VíceÚvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv Pavel Matějka, Vadym Prokopec pavel.matejka@vscht.cz pavel.matejka@gmail.com Vadym.Prokopec@vscht.cz
VíceFyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK
Fyzikální vzdělávání 1. ročník Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník 1 Fyzika atomu - model atomu struktura elektronového obalu atomu z hlediska energie atomu - stavba atomového jádra; základní nukleony
VíceFluorescence (luminiscence)
Fluorescence (luminiscence) Patří mezi luminiscenční metody fotoluminiscence. Luminiscence efekt, kdy excitované molekuly či atomy vyzařují světlo při přechodu z excitovaného do základního stavu. Podle
VíceMěření absorbce záření gama
Měření absorbce záření gama Úkol : 1. Změřte záření gama přirozeného pozadí. 2. Změřte záření gama vyzářené gamazářičem. 3. Změřte záření gama vyzářené gamazářičem přes absorbátor. 4. Naměřené závislosti
VíceCharakteristiky optického záření
Fyzika III - Optika Charakteristiky optického záření / 1 Charakteristiky optického záření 1. Spektrální charakteristika vychází se z rovinné harmonické vlny jako elementu elektromagnetického pole : primární
VíceMetody nelineární optiky v Ramanově spektroskopii
Metody nelineární optiky v Ramanově spektroskopii Využití optických nelinearit umožňuje přejít od tradičního studia rozptylu světla na fluktuacích, teplotních elementárních excitacích, ke studiu rozptylu
VíceKrystalografie a strukturní analýza
Krystalografie a strukturní analýza O čem to dneska bude (a nebo také nebude): trocha historie aneb jak to všechno začalo... jak a čím pozorovat strukturu látek difrakce - tak trochu jiný mikroskop rozptyl
VíceSpektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie
Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie Metody charakterizace nanomateriálů I RNDr. Věra Vodičková, PhD. rentgenová spektroskopická metoda k určen
VícePlazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu
Plazmové metody Základní vlastnosti a parametry plazmatu Atom je základní částice běžné hmoty. Částice, kterou již chemickými prostředky dále nelze dělit a která definuje vlastnosti daného chemického prvku.
VíceSvětlo jako elektromagnetické záření
Světlo jako elektromagnetické záření Základní pojmy: Homogenní prostředí prostředí, jehož dané vlastnosti jsou ve všech místech v prostředí stejné. Izotropní prostředí prostředí, jehož dané vlastnosti
VíceRentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm
Rtg. záření: Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm Vznik rtg. záření: 1. Rtg. záření se spojitým spektrem vzniká při prudkém zabrzdění urychlených elektronů.
VíceTeorie rentgenové difrakce
Teorie rentgenové difrakce Vlna primárního záření na atomy v krystalu. Jádra atomů zůstanou vzhledem ke své velké hmotnosti v klidu, ale elektrony jsou rozkmitány se stejnou frekvencí jako má primární
VíceEmise vyvolaná působením fotonů nebo částic
Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic PES (fotoelektronová spektroskopie) XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie), ESCA (elektronová spektroskopie pro chemickou analýzu) UPS (ultrafialová
VíceMetody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce
Metody využívající rentgenové záření Rentgenografie, RTG prášková difrakce 1 Rentgenovo záření 2 Rentgenovo záření X-Ray Elektromagnetické záření Ionizující záření 10 nm 1 pm Využívá se v lékařství a krystalografii.
VíceChemie a fyzika pevných látek l
Chemie a fyzika pevných látek l p2 difrakce rtg.. zářenz ení na pevných látkch,, reciproká mřížka Doporučená literatura: Doc. Michal Hušák dr. Ing. B. Kratochvíl, L. Jenšovský - Úvod do krystalochemie
VíceStavba atomu. Created with novapdf Printer (www.novapdf.com). Please register to remove this message.
Stavba atomu Atom je v chemii základní stavební částice, jeho průměr je přibližně 10-10 m. Je složen z jádra a obalu. Atomové jádro obsahuje protony p + (kladný náboj) a neutrony n 0 (neutrální částice).
VíceAplikace jaderné fyziky (několik příkladů)
Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů) Pavel Cejnar Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK pavel.cejnar@mff.cuni.cz Příklad I Datování Galileiho rukopisů Galileo Galilei (1564 1642) Všechny vázané
Více16. Franck Hertzův experiment
16. Franck Hertzův experiment Zatímco zahřáté těleso vysílá spojité spektrum elektromagnetického záření, mají např. zahřáté páry kovů nebo plyny, v nichž probíhá elektrický výboj, spektrum čárové. V uvedených
VíceLuminiscence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence. chemicky (chemiluminiscence)
Luminiscence Luminiscence emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence chemicky (chemiluminiscence) teplem (termoluminiscence) zvukem (sonoluminiscence)
VícePříklady Kosmické záření
Příklady Kosmické záření Kosmické částice 1. Jakou kinetickou energii získá proton při pádu z nekonečné výšky na Zem? Poloměr Zeměje R Z =637810 3 maklidováenergieprotonuje m p c 2 =938.3MeV. 2. Kosmickékvantum
VíceChemie a fyzika pevných látek p2
Chemie a fyzika pevných látek p2 difrakce rtg. záření na pevných látkch, reciproká mřížka Doporučená literatura: Doc. Michal Hušák dr. Ing. B. Kratochvíl, L. Jenšovský - Úvod do krystalochemie Kratochvíl
VíceMetody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření
Metody využívající rentgenové záření Rentgenovo záření Rentgenografie, RTG prášková difrakce 1 2 Rentgenovo záření Vznik rentgenova záření X-Ray Elektromagnetické záření Ionizující záření 10 nm 1 pm Využívá
Více[KVANTOVÁ FYZIKA] K katoda. A anoda. M mřížka
10 KVANTOVÁ FYZIKA Vznik kvantové fyziky zapříčinilo několik základních jevů, které nelze vysvětlit pomocí klasické fyziky. Z tohoto důvodu musela vzniknout nová teorie, která by je přijatelně vysvětlila.
VíceZeemanův jev. 1 Úvod (1)
Zeemanův jev Tereza Gerguri (Gymnázium Slovanské náměstí, Brno) Stanislav Marek (Gymnázium Slovanské náměstí, Brno) Michal Schulz (Gymnázium Komenského, Havířov) Abstrakt Cílem našeho experimentu je dokázat
VíceZÁŘENÍ V ASTROFYZICE
ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE Plazmový vesmír Uvádí se, že 99 % veškeré hmoty ve vesmíru je v plazmovém skupenství (hvězdy, mlhoviny, ) I na Zemi se vyskytuje plazma, např. v podobě blesků, polárních září Ve sluneční
VíceUrychlovače částic principy standardních urychlovačů částic
Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic Základní info technické zařízení, které dodává kinetickou energii částicím, které je potřeba urychlit nabité částice jsou v urychlovači urychleny
VíceBarevné principy absorpce a fluorescence
Barevné principy absorpce a fluorescence Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii Ctirad Hofr 27.9.2007 2 1 Světlo je elektromagnetické vlnění Skládá se z elektrické složky a magnetické
VíceProjekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění
Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 Vlnění Vhodíme-li na klidnou vodní hladinu kámen, hladina se jeho dopadem rozkmitá a z místa rozruchu se začnou
VíceATOMOVÁ SPEKTROMETRIE
ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE Atomová spektrometrie valenčních e - 1. OES (AES). AAS 3. AFS 1 Atomová spektra čárová spektra Tok záření P - množství zářivé energie (Q E ) přenesené od zdroje za jednotku času.
VíceSpektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie
Spektrometrické metody Reflexní a fotoakustická spektroskopie odraz elektromagnetického záření - souvislost absorpce a reflexe Kubelka-Munk funkce fotoakustická spektroskopie Měření odrazivosti elmg záření
VícePřednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno
Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno 1 Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno Struktura
Vícec) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky
Harmonický kmitavý pohyb a) vysvětlení harmonického kmitavého pohybu b) zápis vztahu pro okamžitou výchylku c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky d) perioda
VíceLaserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011
Laserové technologie v praxi I. Přednáška č. Fyzikální princip činnosti laserů Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 0 LASER kvantový generátor světla Fyzikální princip činnosti laserů LASER zkratka
VíceDiskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.
S použitím modelu volného elektronu (=částice v krabici) spočtěte vlnovou délku a vlnočet nejdlouhovlnějšího elektronového přechodu u molekuly dekapentaenu a oktatetraenu. Diskutujte polohu absorpčního
VíceElektronový obal atomu
Elektronový obal atomu Vlnění o frekvenci v se může chovat jako proud částic (kvant - fotonů) o energii E = h.v Částice pohybující se s hybností p se může chovat jako vlna o vlnové délce λ = h/p Kde h
VíceATOMOVÁ SPEKTROMETRIE
ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE doc. Ing. David MILDE, Ph.D. tel.: 585634443 E-mail: david.milde@upol.cz (c) -017 Doporučená literatura Černohorský T., Jandera P.: Atomová spektrometrie. Univerzita Pardubice 1997.
VíceSpektrometrie záření gama
Spektrometrie záření gama M. Kroupa, Gymnázium Děčín, trellac@centrum.cz B. Dvorský, Gymnázium Šternberk, bohuslav.dvorsky@seznam.cz Abstrakt Tento článek pojednává o spektroskopii záření gama. Bylo měřeno
VíceLaserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.
Laserová technika 1 Aktivní prostředí Šíření rezonančního záření dvouhladinovým prostředím Jan Šulc Katedra fyzikální elektroniky České vysoké učení technické jan.sulc@fjfi.cvut.cz 22. prosince 2016 Program
VíceZvuk. 1. základní kmitání. 2. šíření zvuku
Zvuk 1. základní kmitání - vzduchem se šíří tlakové vzruchy (vzruchová vlna), zvuk je systémem zhuštěnin a zředěnin - podstatou zvuku je kmitání zdroje zvuku a tím způsobené podélné vlnění elastického
VíceABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY
ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY 1 Fyzikální základy spektrálních metod Monochromatický zářivý tok 0 (W, rozměr m 2.kg.s -3 ): Absorbován ABS Propuštěn Odražen zpět r Rozptýlen s Bilance toků 0 = +
VíceMěření charakteristik pevnolátkového infračerveného Er:Yag laseru
Měření charakteristik pevnolátkového infračerveného Er:Yag laseru Ondřej Ticháček, PORG, ondrejtichacek@gmail.com Abstrakt: Úkolem bylo proměření základních charakteristik záření pevnolátkového infračerveného
VíceAbsorpční polovrstva pro záření γ
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství VUT FSI ÚFI 1ZM-10-ZS Ústav fyzikálního inženýrství Technická 2, Brno 616 69 Laboratoř A2-128 Absorpční polovrstva pro záření γ 12.10.2010 Měření
Vícespinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0
Spektroskopie NMR - teoretické základy spin nukleonů, spin jádra, kvantová čísla energetické stavy jádra v magnetickém poli rezonanční podmínka - instrumentace pulsní metody, pulsní sekvence relaxační
VícePraktikum III - Optika
Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK Praktikum III - Optika Úloha č. 13 Název: Vlastnosti rentgenového záření Pracoval: Matyáš Řehák stud.sk.: 13 dne: 3. 4. 2008 Odevzdal
VíceZajímavé vlastnosti sluneční atmosféry: magnetická a rychlostní pole
Zajímavé vlastnosti sluneční atmosféry: magnetická a rychlostní pole Spektroskopie (nejen) ve sluneční fyzice LS 2011/2012 Michal Švanda Astronomický ústav MFF UK Astronomický ústav AV ČR Vliv na tvar
VíceDZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava
DZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava Elektromagnetické záření Nositelem informace v DPZ je EMZ elmag vlna zvláštní případ elmag pole,
VíceLuminiscence. Luminiscence. Fluorescence. emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) chemicky (chemiluminiscence)
Luminiscence Luminiscence emise světla látkou, která je způsobená: světlem (fotoluminiscence) fluorescence, fosforescence chemicky (chemiluminiscence) teplem (termoluminiscence) zvukem (sonoluminiscence)
VíceR10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika
Fyzika pro střední školy II 84 R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A R10.1 Fotovoltaika Sluneční záření je spojeno s přenosem značné energie na povrch Země. Její velikost je dána sluneční neboli solární
Více2. Elektrotechnické materiály
. Elektrotechnické materiály Předpokladem vhodného využití elektrotechnických materiálů v konstrukci elektrotechnických součástek a zařízení je znalost jejich vlastností. Elektrické vlastnosti materiálů
Více4 Přenos energie ve FS
4 Přenos energie ve FS Petr Ilík KF a CH, PřF UP Přenos energie (excitace) do C - 1-1 molekula chl je i při vysoké ozářenosti excitována max. 10x za sekundu neefektivní pro C - nténní systém s mnoha pigmenty
Více2. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ANALYTICKÉ METODY RBS
RBS Jaroslav Král, katedra fyzikální elektroniky FJFI, ČVUT. ÚVOD Spektroskopie Rutherfordova zpětného rozptylu (RBS) umožňuje stanovení složení a hloubkové struktury tenkých vrstev. Na základě energetického
VíceOd kvantové mechaniky k chemii
Od kvantové mechaniky k chemii Jan Řezáč UOCHB AV ČR 19. září 2017 Jan Řezáč (UOCHB AV ČR) Od kvantové mechaniky k chemii 19. září 2017 1 / 33 Úvod Vztah mezi molekulovou strukturou a makroskopickými vlastnostmi
VíceLEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií)
LEED (Low-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s nízkou energií) RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction difrakce elektronů s vysokou energií na odraz) Úvod Zkoumání povrchů pevných
VíceMĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis
MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis Ivana Krestýnová, Josef Zicha Abstrakt: Absolutní vlhkost je hmotnost
VíceFyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)
Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM Praktikum z pevných látek (F6390) Zpracoval: Michal Truhlář Naměřeno: 6. března 2007 Obor: Fyzika Ročník: III Semestr:
Více2. Difrakce elektronů na krystalu
2. Difrakce elektronů na krystalu Interpretace pozorování v TEM faktory ovlivňující interakci e - v krystalu 2 způsoby náhledu na interakci e - s krystalem Rozptyl x difrakce částice x vlna Difrakce odchýlení
VícePřednáška 12. Neutronová difrakce a rozptyl neutronů. Martin Kormunda
Přednáška 12 Neutronová difrakce a rozptyl neutronů Neutronová difrakce princip je shodný s rentgenovou difrakcí platí Braggova rovnice nλ = 2d sin θ Rozptyl záření na atomomech u XRD záření interaguje
VíceÚloha č.: I Název: Studium relativistických jaderných interakcí. Identifikace částic a určování typu interakce na snímcích z bublinové komory.
Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK PRAKTIKUM IV Úloha č.: I Název: Studium relativistických jaderných interakcí. Identifikace částic a určování typu interakce na snímcích
VíceNMR spektroskopie. Úvod
NMR spektroskopie Úvod Zkratka NMR znamená Nukleární Magnetická Rezonance. Jde o analytickou metodu, která na základě absorpce radiofrekvenčního záření vzorkem umístěným v silném magnetickém poli poskytuje
VíceLEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ
LEPTONY Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina Pozitronium, elektronové neutrino a antineutrino Beta rozpad nezachování parity, měření helicity neutrin Miony a mionová neutrina Lepton τ a neutrino
VíceOptoelektronika. elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD. Elektronické součástky pro FAV (KET/ESCA)
Optoelektronika elektro-optické převodníky - LED, laserové diody, LCD Elektro-optické převodníky žárovka - nejzákladnější EO převodník nevhodné pro optiku široké spektrum vlnových délek vhodnost pro EO
VíceMetody spektrální. Metody molekulové spektroskopie NMR. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Metody spektrální Metody molekulové spektroskopie NMR Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Spektroskopie NMR - teoretické základy spin nukleonů, spin jádra, kvantová čísla
VíceStruktura elektronového obalu
Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 Struktura elektronového obalu Představy o modelu atomu se vyvíjely tak, jak se zdokonalovaly možnosti vědy
VíceLátkové množství. 6,022 10 23 atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A
Doporučená literatura Přípravný kurz Chemie 2006/07 07 RNDr. Josef Tomandl, Ph.D. Mailto: tomandl@med.muni.cz Předmět: Přípravný kurz chemie J. Vacík a kol.: Přehled středoškolské chemie. SPN, Praha 1990,
VíceHmotnostní spektrometrie
Hmotnostní spektrometrie Princip: 1. Ze vzorku jsou tvořeny ionty na úrovni molekul, nebo jejich zlomků (fragmentů), nebo až volných atomů dodáváním energie, např. uvolnění atomů ze vzorku nebo přímo rozštěpení
VíceAnizotropie fluorescence
Anizotropie fluorescence Pokročilé biofyzikální metody v experimentální biologii Ctirad Hofr 6 1 Jev anizotropie Jestliže dochází k excitaci světlem kmitajícím v jedné rovině, emise fluorescence se často
Více1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.
1 Pracovní úkoly 1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin. 2. Proměřte úhlovou závislost intenzity difraktovaného rentgenového záření při pevné orientaci
Více- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence
ROZPTYLOVÉ a EMISNÍ metody - Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl - fluorescence - fosforescence Ramanova spektroskopie Každá čára Ramanova spektra je svými vlastnostmi závislá
VíceÚvod do laserové techniky
Úvod do laserové techniky Látka jako soubor kvantových soustav Jan Šulc Katedra fyzikální elektroniky České vysoké učení technické v Praze petr.koranda@gmail.com 18. září 2018 Světlo jako elektromagnetické
VíceIng. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113
Sluneční energie, fotovoltaický jev Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113 1 Osnova přednášky Slunce jako zdroj energie Vlastnosti slunečního
VíceÚloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru
Petra Suková, 2.ročník, F-14 1 Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru 1 Zadání 1. Změřte současně světelnou i voltampérovou charakteristiku polovodičového laseru. Naměřenézávislostizpracujtegraficky.Stanovteprahovýproud
VíceOpakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu
11. Polovodiče Polovodiče jsou krystalické nebo amorfní látky, jejichž elektrická vodivost leží mezi elektrickou vodivostí kovů a izolantů a závisí na teplotě nebo dopadajícím optickém záření. Elektrické
VíceRovinná harmonická elektromagnetická vlna
Rovinná harmonická elektromagnetická vlna ---- 1. příklad -------------------------------- 2 GHz prochází prostředím s parametry: r 5, r 1, 0.005 S / m. Amplituda intenzity magnetického pole je H m 0.25
VíceVlastnosti atomových jader Radioaktivita. Jaderné reakce. Jaderná energetika
Jaderná fyzika Vlastnosti atomových jader Radioaktivita Jaderné reakce Jaderná energetika Vlastnosti atomových jader tomové jádro rozměry jsou řádově 1-15 m - složeno z protonů a neutronů Platí: X - soustředí
VíceMODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5
MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5 Ondřej Votava J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry AS ČR Opakování z minula Light Amplifier by Stimulated
VíceKOMPLEXY EUROPIA(III) LUMINISCENČNÍ VLASTNOSTI A VYUŽITÍ V ANALYTICKÉ CHEMII. Pavla Pekárková
KOMPLEXY EUROPIA(III) LUMINISCENČNÍ VLASTNOSTI A VYUŽITÍ V ANALYTICKÉ CHEMII Pavla Pekárková Katedra analytické chemie, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Kotlářská 2, 611 37 Brno E-mail: 78145@mail.muni.cz
Více7. Měření fluorescence při excitaci kontinuálním světlem ( steady-state )
7. Měření fluorescence při excitaci kontinuálním světlem ( steady-state ) Steady-state měření Excitujeme kontinuálním světlem, měříme intenzitu emise (počet emitovaných fotonů) Obvykle nedetekujeme všechny
VíceElektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM
Elektronová mikroskopie SEM, TEM, AFM Historie 1931 E. Ruska a M. Knoll sestrojili první elektronový prozařovací mikroskop 1939 první vyrobený elektronový mikroskop firma Siemens rozlišení 10 nm 1965 první
Více