A POZITRÓNIUM KÉPZŐDÉSI HOZAMÁNAK ÉS INHIBÍCIÓJÁNAK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE FOLYADÉKOKBAN

Őszi Radiokémiai Napok, Eger, 2004. október 13-15.

A POZITRÓNIUM KÉPZŐDÉSI HOZAMÁNAK ÉS INHIBÍCIÓJÁNAK

HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE FOLYADÉKOKBAN

Lévay BélaELTE Magkémiai Tanszék, 1518 Budapest 112, Pf. 32


Ole E. Mogensen

emlékére, aki kidolgozta a pozitróniumképződés spurmodelljét.

O.E. Mogensen, J. Chem. Phys. 60 (1974) 998.


A spurképződés fő folyamata

a közeg molekuláinak ionizációja:

e+ + M → e+ + M+ + e-


A Ps-képződés a pozitron terminális spurjában végbemenő versengő reakciók eredménye:

e- + e+ → Ps (Ps-képződés)

e- + M+ → M* (rekombináció)

e- + S(-) → termékek (inhibíció)

M+ + S(+) → termékek (antiinhibíció)

e+ + S(+) → termékek (antiinhibíció)


„We must use qualitative and semiquantitative models to explain the

Ps yields. This is a very useful conclusion, indeed.”

O.E. Mogensen: Positron Annihilation in Chemistry,Springer-Verlag, Berlin, p. 80, 1995


Félkvantitatív fenomenologikus modell

B. Lévay: Mater. Sci. Forum, 255-257 (1997) 324.

e e PskPs e M Mk r *

1. Tiszta oldószerek


Ik e e

k e e k e MPs

Ps r

0

Q

I

k M

k eKkk

r

Ps

rr

Ps

10

1

ln ln ln lnQ K k kr r Ps

ln ln* *

Q K A AE ER Tr r Ps

r Ps 1

ln*

Q AER T

1


1.1. A modell tesztelése

5 nagyon különböző típusú és dielektromos permittivitású folyadékban:

izo-oktán, xylol, víz, metanol, DMF

E*<0 → E*r<E*

Ps.

Az Arrhenius-típusú diagramok mindegyike lineáris volt, pozitív

hajlásszöggel, azaz


Folyadék E*=Er-EPs

kJ/mol

iso-C8 Xylene MeOH DMF H2O

-2.30±0.05 -0.60±0.07 -0.91±0.18 -2.14±0.23

-1.73±0.13

1.94

2.40

32.66

36.71

78.31

B. Lévay: Chem. Phys., 303 (2004) 97.

Várnánk, de nincs korreláció a dielektromos

permittivitással.


1.2. Poláros folyadékok

szélesebb körű vizsgálata

(H2O, 8 alifás alkohol, DMF, DMSO, MeCN)

Az Arrhenius-diagramok mindegyike lineáris volt,

hajlásszögük kis -értékeknél negatívba fordult.

Egyértelmű korreláció az dielektromos permittivitással, ill. az (-1)/(+2) mennyiséggel.


B. Lévay: 13th International Conference on Positron Annihilation, Kyoto, Japan, 7-12 September, 2003


2. Elektronscavengerek oldatai

B. Lévay: Mater. Sci. Forum, 363-365 (2001) 260.

A Ps-hozam [I(C)] mérése oldatokban különböző, de állandó

scavengerkoncentráció (C) mellett a hőmérséklet függvényében.


A tiszta oldószerekre levezetett

formában.

ln QC vs. 1/T

mennyiség került ábrázolásra

QC = 1/I(C) – 1

helyett oldatokra az analóg

Q = 1/I(0) – 1


0.0028 0.0032 0.0036

1.6

1.8

2.0

0.02 M CCl4/ISO-OCTANE

QC = 100/I

3(C) - 1

lnQC = A - (E

*

C/R)(1/T)

E*

C = E

*

r,C - E

*

Ps = -(3.1 ± 0.1) kJ/mol

E*

r,C = activation energy for recombination

E*

Ps = activation energy for Ps formation

lnQ

C

1/T [K-1]


Az oldatok viselkedése teljesen hasonló volt egy olyan oldószerhez, amelynek az I(0)-

értéke I(C)-re módosult.

Információ nyerhető a spurelektronok eloszlásáról.


0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 1.0

2

3

4

5

6

E*

C = E

*

r,C - E

*

Ps

C [mol/dm3]

-E

* C [kJ/

mol

]

EtBr in iso-octane CCl

4 in iso-octane


Növekvő scavengerkoncentrációval egyre nagyobb lett a Ps-képződésnek a rekombinácójéhoz viszonyított aktiválási

energiája.

Ennek valószínű oka az lehet, hogy a pozitronok számára egyre nehezebbé vált a reakció a spur

belsőbb régiójában levő elektronokkal.


Az etil-bromid és a szén-tetraklorid között a koncentrációfüggésben tapasztalt

különbség megfelel a gyenge és az erős scavengerek estén várhatónak.

Az erős scavenger könnyebben reagál a spur belsejében levő

elektronokkal.


e e PskPs e M Mk r *

e S Xks

3. A Ps-képződés inhibíciójának hőmérsékletfüggése


A sugárkémiában az ún. „scavenging function”

a Ps-inhibíció leírásában annak komplementere

írja le a scavenger hatását:

F(C) = (C)/[1 + C]

P(C) =1 – F(C) = 1/(1 + C)

I(C) = I(0)P(C) = I(0)/(1 + C)


Ik e e

k e e k e MPs

Ps r

0

k e S

k e e k e Ms

Ps r

I k

k eKkk

s

Ps

ss

Ps

0

ln ln ln ln K k ks s Ps

ln ln* *

K A AE ER Ts s Ps

s Ps 1

ln*

AER T

1


0,0028 0,0030 0,0032 0,0034 0,0036

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

E*

s = activation energy for scavenging

E*

Ps = activation energy for Ps formation

ln = A - (E*/R)(1/T)

E* = E

*

s - E*

Ps = -9,4 ± 0,6 kJ/molln

1/T [K-1]

Figure 6. Arrhenius plot for the inhibition coefficient ()of ethyl bromide in iso-octane with a positive slopeEtil-bromid izo-oktánban


KONKLÚZIÓ

A Ps-képződést és annak hőmérsékletfüggését tiszta oldószerekben és scavengerek oldataiban leíró egyszerű

félkvantitatív fenomenologikus modell megfelelő egyezésben van a kísérleti

eredményekkel, és információt szolgáltat a versengő spurfolymatokról valamint azok

energiaviszonyairól.


A kutatásokat az OTKA T014128, T02586 és T037592 pályázatok támogatták.


Isten éltesse sokáig a 70 éves Vértes Attila professzort!

A POZITRÓNIUM KÉPZŐDÉSI HOZAMÁNAK ÉS INHIBÍCIÓJÁNAK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE FOLYADÉKOKBAN

Documents

Transcript of A POZITRÓNIUM KÉPZŐDÉSI HOZAMÁNAK ÉS INHIBÍCIÓJÁNAK HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE FOLYADÉKOKBAN