Mössbauereffekt

Die rückstoßfreie Resonanzabsorption von Gammastrahlung durch in Festkörper eingebaute Kerne wird als Mössbauereffekt bezeichnet. Die Energieschärfe dieser Absorptionsresonanzen macht sich die Mössbauerspektroskopie zunutze, um sehr kleine Verschiebungen bzw. Aufspaltungen der Kernniveaus durch die umgebende Elektronenstruktur zu messen (Hyperfeinwechselwirkungen). Beobachtet wird dabei der Übergang aus dem ersten angeregten Zustand in den Grundzustand eines Kernes, wobei durch Ausnutzung des Dopplereffektes die Gammaenergie durch Bewegung der Quelle gezielt verändert wird, um die Resonanz zu durchfahren. Die Wechselwirkung der in Quelle und Absorber unterschiedlichen Elektronendichte am Kernort mit der Ladungsverteilung des Kernes verschiebt die Lage der Resonanzlinie in Quelle und Absorber gegeneinander. Diese Verschiebung wird durch eine entsprechend große Relativgeschwindigkeit von Quelle und Absorber wieder ausgeglichen. Elektrische Quadrupolwechselwirkung und magnetische Dipolwechselwirkung können ferner zu einer Aufspaltung der Resonanzlinie führen.

Nach einer Einführung in die Meßtechnik sollen beim Praktikumsversuch zwei Spektren von Hämatit (Fe₂O₃) gemessen werden, eines bei Raumtemperatur und eines bei etwa 160 K (Kühlung mittels flüssigem Stickstoff). Aus den Messungen lassen sich unter anderem die großen Magnetfelder in Hämatit berechnen. Ferner kann man spontane Änderung der magnetischen Ordnung des Hämatits bei 260 K (Morinübergang) beobachten. Bei einem weiteren Versuch soll aus der Linienbreite der Mössbauerresonanz im Europiumoxid die Lebensdauer des ersten angeregten Niveaus des Europiumkernes bestimmt werden. Die Messungen werden in Transmissionsgeometrie durchgeführt. Das heißt es wird die Intensität der durch den zu untersuchenden Absorber transmittierten Gammastrahlung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Quelle gemessen und deren Abnahme in der Resonanz beobachtet.

Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau eines Mössbauerspektrometers.

Die ausführlichen Praktikumsanleitungen zur Versuchdurchführung "Mössbauereffekt" im Rahmen des Fortgeschrittenenpraktikums gibt´s hier zum Runterladen. Programme zum Anzeigen und Drucken von Postscript-Dateien für verschiedene Rechner-Plattformen sind auf der Ghostscript Home Page zu finden.

Den Acrobat-Reader für PDFs gibts hier:

Mehr Informationen zur Mössbauerspektroskopie und deren Anwendung sind bei der Beschreibung der Forschungsgebiete des Instituts E15 zu finden.

Der Versuch wird im Raum 2352 (Mössbauerlabor) durchgeführt.