ABSOLUTNA DOLOČITEV RENTGENSKEGA FOTOABSORPCIJSKEGA PRESEKA PRI ATOMARNEM IN KOVINSKEM KADMIJU

Vsebina tega razdelka je povzeta po članku: A. Kodre, J. Padežnik Gomilšek, A. Mihelič, I. Arčon, članek, X-ray absorption in atomic Cd in the K edge region, Radiation Physics and  Chemistry 75 (2006) 188-194

Povzetek

Na pari kovinskega kadmija v visokotemperaturni celici smo izmerili absorpcijski koeficient tega elementa za rentgensko svetlobo v energijskem območju robu K. V povezavi z meritvijo v trdnem stanju, ki jo je mogoče izvesti z zanesljivostjo 2%, smo določili absolutni fotoabsorpcijski presek in energijo robu K za prosti atom Cd. Dobljeni podatki predstavljajo preizkus teoretičnih modelov atoma, uporabni so kot ozadje "atomske absorpcije" v analizi XAFS (X-ray Absorption Fine Structure). Z dekonvolucijo absorpcijskega spektra se razkrijejo drobni učinki kolektivnih vzbuditev atoma - večelektronske fotoekscitacije.

Eksperiment [1]

Meritev fotoabsorpcijskega preseka prostih atomov v rentgenskem področju je - razen za žlahtne pline - zahteven eksperiment, saj zahteva stabilen vzorec enoatomnega plina z relativno veliko gostoto nekaj mg/cm. V celici, ki prenese visoko temperaturo uparjanja, potrebujemo okenca, ki dobro prepuščajo rentgensko svetlobo. Za meritev na kadmiju smo uporabili kremenovo celico z 1 mm debelimi kremenovimi okenci, v katero smo vložili 18 mg kovinskega Cd in celico zavarili. V meritvi smo jo v tunelski pečici segreli na 900 °C, pri čemer je ves Cd izparel v enoatomno paro.

 

Absorpcijski koeficient kadmija smo izmerili na merilni postaji BM29 sinhrotronskega laboratorija ESRF v Grenoblu na energijskem intervalu 26,5 - 27,7 keV. Referenčno meritev kovinskega Cd smo izvedli na merilni postaji X1 v HASYLAB, Hamburg, na 25 mm debelem kovinskem lističu.

Razmerje signal/šum pri meritvi preseka atomarnega Cd je okoli 10, absolutna natančnost pa je omejena na ~10% zaradi nezanesljivosti pri določitvi gostote pare. Meritev na kovinskem Cd je natančnejša, ker je gostoto lističa mogoče določiti na 2%, je pa metrološko manj zanimiva, ker je presek nad robom močno spremenjen zaradi signala EXAFS.  Ujemanje presekov pare in kovine v območju daleč nad robom smo izkoristili za določitev absolutnega atomskega preseka z natančnostjo 2%. Energijska ločljivost meritve je okoli 2 eV, kar  neznatno poveča naravno širino ~7 eV zaradi kratkega življenjskega časa stanja z vrzeljo v lupini K.

Rezultati

Absolutno eksperimentalno določitev ionizacijske energije lupine K pri atomarnem Cd je omogočila hkratna meritev pare in kovine. Absorpcijski rob kovinskega kadmija (E = 26713,29 eV 0,20 eV) je po definiciji lega največje strmine v spektru in je določen z absolutno umeritvijo valovne dolžine rentgenske svetlobe z Braggovim uklonom [2].

Na sliki je prikazan atomski presek v neposredni okolici robu K kot vsota preseka za vzbuditev elektrona 1s v stanje 5p in preseka za ionizacijo ter višje vzbuditve [3]. Energija resonance 1s 5p je najnatančneje določen eksperimentalni podatek. Majhno razliko med to energijo in energijo ionizacijskega praga lahko s primerljivo natančnostjo izračunamo v Dirac-Fockovem modelu in tako določimo energijo robu K v prostem kadmijevem atomu (E = 26720,3 eV 1 eV).

Zahvala

Delo je bilo opravljeno ob podpori Ministrstva za šolstvo, znanost in šport, Evropske komisije (IHP-Contract HPRI-CT-1999-00040/2001 00140) in Internationales Büro des BMBF (bilateralni projekt BI-DE/03-04-004). Zahvaljujemo se sinhrotronskima laboratorijema ESRF in HASYLAB za dodeljen merilni čas (projekta HE-1522 in II-01-44), Glorii Subias Peruga iz ESRF in Julii Wienold iz HASYLAB za strokovno pomoč na eksperimentalni postaji ter U. Kütgensu iz PTB Braunschweig za originalne podatke precizne meritve oblike robu pri kovinskem Cd.

Literatura

E-mail:iztok.arcon@p-ng.si Last change: 09-Jun-2006