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

miniatur Larmorpräzession $\hslash {\omega }_0=({\mu }_I{B}_0)$ Größenordnung ${\nu }_0={\omega }_0/2\pi ={\mu }_{K}B/h=7.6MHzB[T]$

Zusätzliches zirkulares Wechselfeld $B_1{e}^{i\omega t}\mathrm{\perp }{B}_0$ induziert Übergänge für $\omega \approx {\omega }_0$

induzierte Absorption und Emission: Netto-Energieübertrag nur bei unterschiedlicher Besetzung der Zeemanniveaus durch Boltzmann-Verteilung im Festkörper. Boltzmann-Faktor $N_1/N_2=exp(-\mathrm{\Delta }E/kT)\approx 1-\mathrm{\Delta }E/kT$ für $\mathrm{\Delta }E/kT\le 1$

Größenordnung z.B. ${\mu }_I\approx {\mu }_K,B_0=1T,T=300K$

$\mathrm{\Delta }E/kT={\mu }_K{B}_0/kT=\frac{510^{-27}J}{1,310^{-23}300J}\approx 10^{-6}$

miniatur|induzierte Absorption und Emission

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.)