Messung von Kernmomenten

Kern- und Strahlungsphysikvorlesung von Prof. Dr. P. Zimmermann

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Der Artikel Messung von Kernmomenten basiert auf der Vorlesungsmitschrift von Moritz Schubotz des 6.Kapitels (Abschnitt 0) der Kern- und Strahlungsphysikvorlesung von Prof. Dr. P. Zimmermann.

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Die Messung von Kernmomenten geschieht durch die Messung von Enerufspaltungen, die durch die Wechselwirkung der Kernmomente mit äußeren oder inneratomaren elektromagnetischen Feldern verursacht werden.

äußere Felder: Kernspinresonanzmethode

Datei:KernSpinResonanzMethode22.png Larmorpräzession ~wo = (!t~o) Größenordnung V o = wo/27r = /LKB/ h 1: = 7,6 MHzoB[T] Zusätzliches zirkulares Wechselfeld Bloeiwt ~ Bo induziert Übergänge f ür w "" wo' E m induzierte Absorption und Emission: 3 Netto-Energieübertrag nur bei unter" 2" schiedlicher Besetzung der Zeeman1 Niveaus durch Boltzmann-Verteilung "2" I = 3 im Festkörper. Boltzmann-Faktor N1/Nz 1 1 = exp(-ßE/kT) ~ 1 -ßE/kT für ßE/kT«1 -"2" Größenordnung z.B. /LI ~ /LK' Bo = 1 T, 3 T = 300 K; -"2" So10-Z7J ßE/kT = /LKBO/kT = 1,3 0 10-23o 300J ~Bo "" 10-6 Datei:Zeemannniveaus23.png

inneratomare Felder der Hüllenelektronen:

Hyperfeinstrukturaufspaltung durch Kopplung von Hüllendrehimpuls J und Kernspin I zu einem Gesamtdrehimpuls 1 = I + J

1. magnetische HFS ~= (/tl oB) = /LI oB -4 -4 o

EF = Ao~ [F(F + 1) - 1(1 + 1) - J(J + 1)] Größenordnung inneratomarer B-Felder der Valenzelektronen etw aB " 1 - 100 T, z.B. H ls(17 T), K 4s(63 T), Cs6s(2l0 T), damit HFS_ Aufspaltung im Bereich von MHz - GHz. 2. elektrische, HFS Wechselwirkung des elektrischen Kernquadrupolmoments eQ mit dem elektrischen Feldgradienten ~ = 4~~ 0 ~ der Hüllenelektronen (WW von Tensoren 2. Stufe) o r Größenordnung E ~ eQ 0 ___1_ e 4~EO ~ 27,2 eV 10-8 0 Da 1 eV ~ 2,4 0 1014 HZI),E ~ MHz - GHz Messung der HFS-Aufspaltung durch optische Methoden (z.B. dopplerfreie Laserspektroskopie, Doppelresonanz, Level-Crossing, RabiAtomstrahlresonanzmethode, Mößbauereffekt, etc.)