Was ist Spektroskopie – Definition

Im Allgemeinen ist die Spektroskopie die Wissenschaft der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Materie und abgestrahlter Energie. Spektroskopie – Energieauflösung

Im Allgemeinen ist die Spektroskopie die Wissenschaft der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Materie und Strahlungsenergie, während die Spektrometrie die Methode ist, mit der eine quantitative Messung des Spektrums durchgeführt wird. Spektroskopie (Scopy bedeutet Beobachtung ) liefert keine Ergebnisse. Es ist der theoretische Ansatz der Wissenschaft. Spektrometrie (Metrie bedeutet Messung ) ist die praktische Anwendung, bei der die Ergebnisse generiert werden. Es ist die Messung der Intensität der Strahlung mit einem elektronischen Gerät. Oft werden diese Begriffe synonym verwendet, aber jede Spektrometrie ist keine Spektroskopie (z. B. Massenspektrometrie vs.Massenspektroskopie).

Gammaspektroskopie

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Im Allgemeinen ist die Gammaspektroskopie die Untersuchung der Energiespektren von Gammastrahlenquellen, beispielsweise in der Nuklearindustrie, bei geochemischen Untersuchungen und in der Astrophysik. Spektroskope oder Spektrometer sind hochentwickelte Geräte, mit denen die spektrale Leistungsverteilung einer Quelle gemessen werden kann. Die einfallende Strahlung erzeugt ein Signal, mit dem die Energie des einfallenden Partikels bestimmt werden kann.

Die meisten radioaktiven Quellen erzeugen Gammastrahlen unterschiedlicher Energie und Intensität. Gammastrahlen begleiten häufig  die Emission  von  Alpha-  und  Betastrahlen . Wenn diese Emissionen mit einem Spektroskopiesystem erfasst und analysiert werden, kann ein Gammastrahlen-Energiespektrum erzeugt werden. Gammastrahlen vom radioaktiven Zerfallliegen im Energiebereich von einigen keV bis ~ 8 MeV, was den typischen Energieniveaus in Kernen mit angemessen langer Lebensdauer entspricht. Wie geschrieben wurde, werden sie durch den Zerfall von Kernen beim Übergang von einem Zustand hoher Energie in einen Zustand niedrigerer Energie erzeugt. Eine detaillierte Analyse dieses Spektrums wird typischerweise verwendet, um die Identität und Menge der in einer Probe vorhandenen Gammastrahler zu bestimmen , und ist ein wichtiges Instrument im radiometrischen Assay. Das Gamma-Spektrum ist charakteristisch für die in der Quelle enthaltenen Gamma-emittierenden Nuklide.

Siehe auch: Gammaspektroskopie

Röntgenspektroskopie

Röntgenspektroskopie ist ein allgemeiner Begriff für verschiedene spektroskopische Techniken zur Charakterisierung von Materialien unter Verwendung von Röntgenanregung. Wenn ein Elektron aus der inneren Hülle eines Atoms durch die Energie eines Photons angeregt wird, bewegt es sich auf ein höheres Energieniveau. Da der Prozess eine Lücke  in dem Elektronenenergieniveau hinterlässt,  aus dem das Elektron stammt, kaskadieren die äußeren Elektronen des Atoms nach  unten  , um die unteren Atomniveaus und eine oder mehrere charakteristische Röntgenstrahlen aufzufüllen  werden normalerweise ausgestrahlt. Infolgedessen treten im Spektrum scharfe Intensitätsspitzen bei Wellenlängen auf, die für das Material charakteristisch sind, aus dem das Anodentarget hergestellt ist. Die Frequenzen der charakteristischen Röntgenstrahlen können aus dem Bohr-Modell vorhergesagt werden. Die Analyse des Röntgenemissionsspektrums liefert qualitative Ergebnisse über die Elementzusammensetzung der Probe.

Gammastrahlenspektrometer – Gammastrahlenspektroskop

Wie bereits geschrieben, wird das Studium und die Analyse von Gammastrahlenspektren für wissenschaftliche und technische Zwecke als Gammaspektroskopie bezeichnet, und Gammastrahlenspektrometer sind die Instrumente, die solche Daten beobachten und sammeln. Ein Gammastrahlenspektrometer (GRS) ist ein hoch entwickeltes Gerät zur Messung der Energieverteilung von Gammastrahlung. Für die Messung von Gammastrahlen über mehreren hundert keV gibt es zwei Detektorkategorien von großer Bedeutung, anorganische Szintillatoren wie NaI (Tl) – und Halbleiterdetektoren. In den vorhergehenden Artikeln haben wir die Gammaspektroskopie unter Verwendung eines Szintillationsdetektors beschrieben, der aus einem geeigneten Szintillatorkristall, einer Fotovervielfacherröhre und einer Schaltung zum Messen der Höhe der vom Fotovervielfacher erzeugten Impulse besteht. Die Vorteile eines Szintillationszählers sind seine Effizienz (große Größe und hohe Dichte) und die möglichen hohen Präzisions- und Zählraten. Aufgrund der hohen Atomzahl von Jod führt eine große Anzahl aller Wechselwirkungen zu einer vollständigen Absorption der Gammastrahlenenergie, so dass der Photofraktion hoch ist.

HPGe Detektor - Germanium
HPGe-Detektor mit LN2-Kryostat Quelle: canberra.com

Wenn jedoch eine perfekte Energieauflösung erforderlich ist, müssen wir einen Detektor auf Germaniumbasis wie den HPGe-Detektor verwenden . Halbleiterdetektoren auf Germaniumbasis werden am häufigsten dort eingesetzt, wo eine sehr gute Energieauflösung erforderlich ist, insbesondere für die Gammaspektroskopie sowie für die Röntgenspektroskopie. In der Gammaspektroskopie wird Germanium bevorzugt, da seine Ordnungszahl viel höher als die von Silizium ist und die Wahrscheinlichkeit einer Gammastrahlenwechselwirkung erhöht. Darüber hinaus hat Germanium eine niedrigere durchschnittliche Energie, die zur Erzeugung eines Elektron-Loch-Paares erforderlich ist, nämlich 3,6 eV für Silizium und 2,9 eV für Germanium. Dies bietet letzteren auch eine bessere Energieauflösung. Das FWHM (volle Breite bei halbem Maximum) für Germaniumdetektoren ist eine Funktion der Energie. Für ein 1,3-MeV-Photon beträgt die FWHM 2,1 keV, was sehr niedrig ist.

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