Главная

Лаборатория нейтронных физико-химических  исследований

 

Руководитель: д.ф.-м.н. Лебедев В.Т.

Мессбауэровский спектрометр MS на наклонном канале НЭК-6

Ю.С. Грушко, В.С. Козлов, В.Т. Лебедев, В.М. Лебедев

Спектрометр предназначен для измерения ядерных гамма-резонансных спектров в режиме реального времени с использованием радиоактивных γ-источников, получаемых при нейтронном облучении соответствующих мишеней на наклонном пучке НЭК-6 реактора ПИК [ядерная реакция (n,γ)], а также с применением закрытых радиоактивных источников. Спектроскопия, основанная на эффекте Мёссбауэра - многопараметрический метод исследования конденсированного состояния вещества. Высокое энергетическое разрешение метода позволяет измерять весьма малые изменения энергии гамма-уровня, связанные с различными факторами:

  • Изменение электронной плотности на ядре, вызванное различиями в строении электронной оболочки атома (химические процессы, изменяющие валентность, фазовые переходы и последствия ядерных превращений).

  • Взаимодействие с кристаллическим и молекулярным электрическим полем на ядре ведет к квадрупольному расщеплению гамма-линии. В спектре наблюдают квадрупольный гамма-мультиплет, вид спектра зависит от величины и симметрии локального поля.

  • Взаимодействие с магнитными полями внешними по отношению к ядру вызывает появление зеемановской тонкой структуры в мессбауэровском спектре. В сложных случаях возникает комбинированное расщепление в электрическом  и магнитном поле. Из положения и интенсивности линий в мультиплете могут быть найдены симметрия и напряженности полей.

  • Температурная зависимость интенсивности мессбауэровского спектра содержит значительный объем информации о динамике системы. Коэффициент Мёссбауэра (аналог фактора Дебая-Валлера) позволяет оценить среднеквадратичное тепловое смещения ядра и характеристическую температуру системы. В особо чувствительных опытах может быть измерен температурный сдвиг энергии линий.

  • Температурная зависимость сверхтонкого расщепления позволяет изучать явления парамагнитной релаксации.

Для реализации этих экспериментальных возможностей было выбран наклонный канал ректора (НЭК-6). Конфигурация спектрометра в зале наклонных каналов показана на рисунке. При работе со стандартными радиоактивными источниками спектрометр действует автономно, без пучка нейтронов. Используется часть установки, которая может отодвигаться от шибера НЭК-6 (детекторная часть и гелиевый рефрижератор с образцом). При этом вместе с радиоактивным источником используется отдельный Допплер-модулятор.

Спектрометр Мессбауэра (вид сбоку) на канале НЭК-6: 1 – эстакада; 2 – виброгасящее основание; 3 – детекторная система; 4 – юстировочная платформа; 5 – гелиевый рефрижератор для образца (диапазон температур 10-300 К); 6 – образец;  7 – коллиматор; 8 – мишень (источник γ-квантов); 9 – Допплер-модулятор; 10 – биологическая защита; 11 – прямой нейтроновод между выходом канала НЭК-6 и мишенью; 12 –шибер пучка; 13 – наклонный канал НЭК-6.

Детекторная система комплектуется полупроводниковым детектором на основе чистого германия, пропорциональным (сцинтилляционным) детектором для измерения калибровочных спектров, детектором конверсионных электронов, резонансным детектором.  Для установки узлов спектрометра на одной оси применяется лазерная система юстирования.                                

Основные технические и физические параметры спектрометра

Параметр

Значение

Диапазон скоростей подвижной части ДМ

 ±300 мм/с

Режим доплеровской модуляции

постоянное ускорение

Нелинейность 0,1 %
Число независимых каналов ДМ 2
Воспроизводимость скорости ДМ 3,5 мм/с
Диапазон температур в рефрижераторе 10 – 300 К
Погрешность стабилизации температуры 0,1 К
Сечение нейтроновода 40×40 мм2
Габаритные размеры установки: 10×5 м2

Спектрометр предназначен для исследования электронной структуры и динамики решетки кристаллических и стеклообразных систем, наноструктур и наномагнетиков, включая интеркаляционные соединения фуллеренов, галоидофуллерены, металлофуллерены, углеродные нанотрубки.

В мировой практике направление мессбауэровской спектроскопии на нейтронных пучках только начинает развиваться, о чем можно судить по методическим работам на одном из реакторов среднего потока [1]. На реакторе ПИК в виду высокого потока создание спектрометра имеет очевидные преимущества и перспективы.1. T.Belgya, K. Lazar. First experiments on a new in-beam Mossbauer spectroscopy station at the Budapest Research Reactor. J. Radioanalytical and Nucl. Chem. 2008. V.276. N 1. P.269-272.