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Mößbauerspektroskopie auf dem Mars Franz Habla 17.12.2013 1.

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Präsentation zum Thema: "Mößbauerspektroskopie auf dem Mars Franz Habla 17.12.2013 1."—  Präsentation transkript:

1 Mößbauerspektroskopie auf dem Mars Franz Habla

2 Mößbauerspektroskopie auf dem Mars Mößbauerspektroskopie im Allgemeinen Mößbauerspektroskopie auf dem Mars – MIMOS 2 – Aufbau und Funktionsweise MIMOS 2 – Aufgenommene Spektren auf dem Mars Ausblick für terrestrische Anwendungen 2

3 Mößbauerspektroskopie Rückstoßfreie γ-Strahlungsspektroskopie Wichtigste Elemente 57 Fe, 119 Sn, 121 Sb und 151 Eu Zerfall von radioaktivem Isotop um γ-Strahlen zu produzieren Problem des Rückstoßes(Impulserhaltung) Dopplereffekt und Mößbauereffekt Hyperfeinwechselwirkungen 3

4 4 sungen.cdc/analyt/mossbauer/mofigur07.g if (Stand )

5 Aufbau eines Spektrometers mainz.de/Fotos/pic/mb2.gif (Stand ) 5

6 Mößbauereffekt Wegen Impulserhaltung erfahren Quelle und Absorber einen Rückstoß Rückstoß wird so klein wie möglich gehalten wenn Mößbauerelement in Festkörpern bzw. Gittern eingegliedert ist Gitterschwingung verhindert Resonanzbedingung 99_moessbauer-effekt.gif (Stand ) 6

7 Dopplereffekt Dopplereffekt wird bezweckt durch die Bewegung der Quelle oder des Absorbers Wenn Absorptionslinie und Emissionslinie übereinander zum liegen kommen entsteht Absorption. Absorptionslinie wird von Emissionslinie abgetastet ( )7

8 Hyperfeine Wechselwirkungen Hyperfeinwechselwirkungen werden bezweckt durch Wechselwirkungen zwischen der Elektronenhülle und den Atomkernen. Sie sind sowohl in der optischen als auch in der Mößbauerspektroskopie zu finden und werden unterteilt in: Isomerieverschiebung Magnetische Hyperfeinwechselwirkungen Elektrische Quadrupolaufspaltung 8

9 Isomerieverschiebung Elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Kernladung und Ladung der Elektronen Bindungs- und Gesamtenergie hängen von der Größe des Kerns und dem Zustand ab Energie ist proportional zum mittleren Quadrates des Kernradius und der Elektronendichte am Ort des Kerns 9 muenster.de/imperia/md/content/physikali sche_chemie/app_moess.pdf ( )

10 Mag. Hyperfeinwechselwirkungen Kern ist ein quantenmechanisches Gebilde mit dem Drehimpuls Iħ Angeregte Kernzustände besitzen anderen Kernspin als der Grundzustand In äußerem Magnetfeld der Flussdichte B besitzt Spin I genau 2I+1 Einstellungen mit verschiedenen Energien Es wird aber kein Magnetfeld erzeugt sondern ein Hyperfeinfeld vom Kern 10

11 freiburg.de/Vorlesung/SVG/Methoden_ac/ mb_magnetische_ww.svg (Stand ) 11

12 Elektrische Quadrupolaufspaltung Elektrisches Quadrupolmoment Q des Kerns zeigt die Abweichung von der Kugelgestalt Elektronenladung im Kern sind unterschiedlich verteilt Unterschiedliche Orientierungsquantenzahlen, woraus Änderungen der Energien folgt 12

13 freiburg.de/Vorlesung/methoden_I_5.xhtm l (Stand ) 13

14 Energieabstand der Linien Elektronischer Feldgradient its ein Maß für die Größe der Abweichung der elektrischen Ladungsverteilung um den Mößbauerkern von der kubischen Symmetrie -> Aufschlüsse über die Anordnung der Nachbarn des Mößbauer Atoms 14

15 Mößbauerspektroskopie auf dem Mars 15

16 MIMOS 2 Entwickelt an der Universität Mainz unter Herrn Prof. Goestar Klingelhoefer MIniaturisiertes MOSsbauer Spektrometer Abmessungen 50x50x90 mm Installiert auf den Mars Rovern Spirit und Opportunity Landung Januar 2004(7 Monate Flugzeit) 16

17 rover1_detail_500.jpg (Stand ) 17

18 mainz.de/mimos.php?ln=d (Stans ) 18

19 Rahmenbedingungen Geringes Gewicht Geringer Stromverbrauch Mechanische Stabilität Stabilität über großen Temperaturbereich Automatisierter Ablauf des Messprogramm´s Redundantes elektronisches System -> Backscattering Methode der Mößbauerspektroskopie 19

20 Aufbau MIMOS 2 Mößbauer Antrieb Mößbauerquelle Detektorsystem 20 mainz.de/Fotos/Publikationen/kleintud980 3b.gif (Stand )

21 Mößbauerquelle Effektive Ausbeute durch optimale Geometrie und verwendete Materialien Zählrate wird durch kompakten Aufbau erhöht Abschirmung der direkten Einstrahlung der Quelle auf den Detektor Durch Berechnungen ergibt sich folgender Aufbau mainz.de/Fotos/pics/source1.jpg (Stand ) 21

22 Mößbauer Antrieb Funktionsweise eines Doppellautsprechers IST-Wert der Geschwindigkeit wird durch eine Spule abgegriffen und über einen Regelverstärker auf das Soll Signal rückgekoppelt mainz.de/mimos.php?ln=d 22

23 Detektorsystem Besteht aus Ladungsempfindlichen Vorverstärkern, Linearverstärker, dem Einkanaldiskriminator und Detektor Silizium-PIN-Photodioden 9x9mm² und einer von Dicke 500 μm Nachweiswahrscheinlichkeit für 14,4 keV Gammaquant 75% 23 mainz.de/mimos.php?ln=d(Stand )

24 mainz.de/merpics/merasoil.jpg (Stand ) 24

25 Spektren auf dem Mars Spektrum des Marsbodens an der Landestelle des Rovers Opportunity (Meridiani Planum) Grün glänzendes Mineral Olivin -> Boden besteht zum Teil aus feinkörnigem Basalt, einem Typ vulkanischen Gesteins 25 mainz.de/merpics/adir.jpg (Stand )

26 Endeckung von Jarositen Rover Opportunity Mineral Jarosit wurden gefunden in der Ansammlung von Steinen genannt El Capitan Gelbe Peaks weisen speziell auf Jarosite hin, die Wasser in Form von Hydroxyl in ihrer Struktur besitzen -> Wassergetrieben Prozesse existieren auf dem Mars 26 mainz.de/merpics/outcrop2.jpg (Stand )

27 Entdeckung von Hematit Blaue Linie zeigt Daten für eine Stelle Namens Berry Bowl, die Gelbe die Stelle Empty Berry Bowl zeigt eine starke Hematit-Signatur, welches oft in Wasser gebildet wird 27 mainz.de/merpics/berries.jpg (Stand )

28 Entdeckung Goethit Rover Spirit Nachweis des Minerals Goethit im Felsen clovis in der Region Columbia Hills Goethit enthält Wasser in Form von Hydroxyl -> frühere Wasseraktivität in der Gegend, die Spirit erforscht 28 mainz.de/merpics/gt.jpg (Stand )

29 Anwendungsmöglichkeiten für MIMOS 2 In der Archäologie als Nachweis der chemischen und mineralogischen Charakterisierung In der Geologie kann eine Vorselektion der Gesteine stattfinden Korrosionsmessungen Schnelle Qualitätskontrolle von Stahl 29

30 Quellen Naumer, Hans und Heller,Wolfgang(1997).Untersuchungsmethoden in der Chemie, Einführung in die moderne Analytik. 3. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart New York ) ) https://archive.org/details/nasa_techdoc_ (Stand ) freiburg.de/Vorlesung/methoden_I_5.xhtml(Stand ) mainz.de/htm/Publikationen/artikeldoc.htm(Stand )

31 Ende


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