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Mößbauerspektroskopie auf dem Mars

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Mößbauerspektroskopie auf dem Mars. Franz Habla 17.12.2013. 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.

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Presentation Transcript
m bauerspektroskopie auf dem mars1
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
m bauerspektroskopie
Mößbauerspektroskopie
  • Rückstoßfreie γ-Strahlungsspektroskopie
  • Wichtigste Elemente 57Fe, 119Sn, 121Sb und 151Eu
  • Zerfall von radioaktivem Isotop um γ-Strahlen zu produzieren
  • Problem des Rückstoßes(Impulserhaltung)
  • Dopplereffekt und Mößbauereffekt
  • Hyperfeinwechselwirkungen
aufbau eines spektrometers
Aufbau eines Spektrometers

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/Fotos/pic/mb2.gif (Stand 9.12.13)

m bauereffekt
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

http://www.techniklexikon.net/images/l2699_moessbauer-effekt.gif (Stand 10.12.13)

dopplereffekt
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

http://chemwiki.ucdavis.edu (9.12.12)

hyperfeine wechselwirkungen
Hyperfeine Wechselwirkungen

Isomerieverschiebung

Magnetische Hyperfeinwechselwirkungen

Elektrische Quadrupolaufspaltung

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
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

http://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/physikalische_chemie/app_moess.pdf (9.12.13)

mag hyperfeinwechselwirkungen
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
elektrische quadrupolaufspaltung
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
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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
mimos 2
MIMOS 2
  • Entwickelt an der Universität Mainz unter Herrn Prof. GoestarKlingelhoefer
  • MIniaturisiertesMOSsbauer Spektrometer
  • Abmessungen 50x50x90 mm
  • Installiert auf den Mars Rovern „Spirit“ und „Opportunity“
  • Landung Januar 2004(7 Monate Flugzeit)
rahmenbedingungen
Rahmenbedingungen
  • Geringes Gewicht
  • Geringer Stromverbrauch
  • Mechanische Stabilität
  • Stabilität über großen Temperaturbereich
  • Automatisierter Ablauf des Messprogramm´s
  • Redundantes elektronisches System

-> Backscattering Methode der Mößbauerspektroskopie

aufbau mimos 2
Aufbau MIMOS 2
  • Mößbauer Antrieb
  • Mößbauerquelle
  • Detektorsystem

http://phobos.chemie.uni-mainz.de/Fotos/Publikationen/kleintud9803b.gif (Stand 9.12.13)

m bauerquelle
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

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/Fotos/pics/source1.jpg (Stand 9.12.13)

m bauer antrieb
Mößbauer Antrieb
  • Funktionsweise eines Doppellautsprechers
  • IST-Wert der Geschwindigkeit wird durch eine Spule abgegriffen und über einen Regelverstärker auf das Soll Signal rückgekoppelt

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/mimos.php?ln=d

detektorsystem
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%

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/mimos.php?ln=d(Stand 15.12.2013)

spektren auf dem mars
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

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/merpics/adir.jpg (Stand 10.12.13)

endeckung von jarositen
Endeckung von Jarositen
  • Rover „Opportunity“
  • Mineral Jarosit wurden gefunden in der Ansammlung von Steinen genannt „ElCapitan“
  • Gelbe Peaks weisen speziell auf Jarosite hin, die Wasser in Form von Hydroxyl in ihrer Struktur besitzen

-> Wassergetrieben Prozesse existieren auf dem Mars

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/merpics/outcrop2.jpg (Stand 10.12.13)

entdeckung von hematit
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

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/merpics/berries.jpg (Stand 10.12.13)

entdeckung goethit
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

http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/merpics/gt.jpg (Stand 10.12.13)

anwendungsm glichkeiten f r mimos 2
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
quellen
Quellen
  • Naumer, Hans und Heller,Wolfgang(1997).Untersuchungsmethoden in der Chemie, Einführung in die moderne Analytik. 3. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart New York
  • http://phobos.chemie.uni-mainz.de/mimos.php(Stand 4.12.13)
  • http://www.lpi.usra.edu/meetings/LPSC99/pdf/1813.pdf(Stand 5.12.13)
  • https://archive.org/details/nasa_techdoc_20050170611(Stand 3.12.13)
  • http://marsrovers.nasa.gov/home/index.html(Stand 4.12.13
  • http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/methoden_I_5.xhtml(Stand 8.12.13)
  • http://iacgu32.chemie.uni-mainz.de/htm/Publikationen/artikeldoc.htm(Stand 5.12.13)