ドップラー効果を使用しないインビーム・メスバウアー分光法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640376
• Research Institution: RIKEN (The Institute of Physical and Chemical Research)
• Principal Investigator: 小林 義男 理化学研究所, 応用原子核物理研究室, 先任研究員 (30221245)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保 謙哉 国際基督教大学, 教養学部, 助教授 (60214988) ; 上野 秀樹 理化学研究所, 応用原子核物理研究室, 研究員 (50281118)
• Keywords: 物質科学研究 / メスバウアー分光法 / ドップラー効果 / ゼーマン分裂 / 磁場掃引 / インビーム・メスバウアー分光法 / 巨大磁気モーメント / 短寿命不安定核

Research Abstract

本課題研究の目的は、従来のドップラーエネルギーを利用せずに、試料を磁場の大きさを可変とした外場に置くことで「磁場挿引法」により、試料に含まれる極微量のFe原子のメスバウアースペクトルを観察する新しい測定手法を開発することである。これまでのメスバウアー分光法では、γ線共鳴吸収を起こすため、γ線反跳により起こる線源と吸収体の間のごくわずかなエネルギー差を、メスバウアー駆動装置によるドップラー運動で調節している。しかし、γ線放出の際、原子核のエネルギー準位をわずかにずらすことでも同じ効果が得られるはずで、強磁場中に線源あるいは吸収体のいずれかを保持し、強制的にゼーマン分裂を起こすことで原子核の準位を変化させることは可能と考えた。
1.γ線検出器の作製と^<57>Coメスバウアー線源を用いた性能評価
極微量のメスバウアープローブ核から放出されるγ線の検出には、高い検出効率を有するガス充填型共鳴検出器(並行平板アバランチェ検出器、PPAC)を使用した。PPACは、メスバウアー効果が起こった時のみに放出される内部転換電子を検出するので、メスバウアー効果を起こさないγ線による高いバックグラウンド下でもとても優れたS/N比でスペクトルが測定できる。^<57>Fe富化ステンレス箔を溶解・圧延し、PPACを組み立ててその性能試験を行なった。カウンターガスの圧力、流量、平板間の距離、印可電圧をパラメータとして、高いS/N比でかつ高い計数効率となる最適動作条件を明らかにした。
2.超電導磁石付クライオスタットの動作試験
測定試料を仕込む超電導クライオスタットの磁場の大きさを定量した。通常の三角波に対応する磁場掃引でのdwell timeの設定や測定系の開発を行なった。
3.可変磁場における磁場挿引法の開発
超電導クライオスタットにパラジウム箔中に^<57>Coを分散・電着した試料を固定し、可変磁場下での発光スペクトルの測定を試みた。超微量の孤立Feイオンの磁気的状態に関する知見を得るとともに、短寿命不安定核^<57>Mnを用いたビーム実験に応用する基礎的知見を得ることに成功した。

Research Products

• [Publications] T.Saito et al.: "Development and Application of Parallel-Plate Avalanche Counter for In-beam Mossbauer Spectroscopy"Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. (in press). (2003)
• [Publications] Kobayashi, Y. et al.: "Valence States of ^<57>Fe Decayed From ^<57>Mn Implanted into KMnO_4"Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. (in press). (2003)
• [Publications] Y.Kobayashi et al.: "In-beam Mossbauer Study of ^<57>Fe Species Arising From ^<57>Mn Implanted into KMnO_4"Hyperfine Interactions. (in press). (2003)
• [Publications] Y.Kobayashi et al.: "In-beam Mossbauer Study of ^<57>Fe Using a Secondary ^<57>Mn Beam and Ion Implantation"The European Physical Journal. A13. 243-246 (2002)