Techniklexikon

kinematische Doppler-Korrektur

Kernphysik, spektroskopisches Verfahren zur Korrektur der kinematischen Energieverschiebung, die eine Strahlung bei einem relativ zum Messgerät (Laborsystem) bewegten Emitter erfährt. Die kinematische Verschiebung wird generell durch die Lorentz-Transformation beschrieben und ist bei Experimenten an Hochenergiebeschleunigern (Beschleuniger) integraler Teil der relativistischen Streukinematik.

Für die Gammaspektroskopie von Kernen ist diese als Doppler-Effekt eines Gammaquants der Energie  bzw. eines Elektrons der kinetischen Energie E_e bekannt und wird gesondert berücksichtigt. Experimentell wichtig ist die Doppler-Verschiebung DE_g und die Raumwinkelveränderung  (Laborgrössen durch Hochkomma gekennzeichnet):

.

Der Emissionswinkel  ist relativ zur Emittergeschwindigkeit  gegeben durch(c: Lichtgeschwindigkeit, J, j, J_g : Streuwinkel des Emitters bzw. des Gammaquants im Laborsystem). ist durch die Kernübergangsenergie E_if und die Rückstossenergie bestimmt zu . Letztere beträgt für eine Masse M_K eines Kerns der Nukleonenzahl A = 100 und  = 1 MeV ca. 0,5 keV. Für Emittergeschwindigkeiten um b = 0,05 ergeben sich für ein solches Gammaquant Doppler-Verschiebungen von bis zu 50 keV, die bei veränderlicher Emittergeschwindigkeit und zu grossem Detektorraumwinkel zu einer die Auflösung begrenzenden Linienverbreiterung führen. Für Elektronen ergibt sich der Doppler-Effekt in 1. Ordnung in b, indem man  durch  ersetzt.

Für die hochauflösenden Gamma- und Elektronenspektroskopie von Kernen nach Schwerionenstössen wurden Methoden zur ereignisweisen kinematischen Doppler-Korrektur entwickelt. Sie beruhen auf der Koinzidenzmessung der gestreuten Kerne in ortsempfindlichen Detektoren und dem Gammaquant bzw. Elektron in Halbleiterzählern. Die Messung legt alle erforderlichen Winkel fest. Die Emittergeschwindigkeit ergibt sich aus der Reaktionskinematik, die Kernzuordnung aus der Anwendung der Korrektur. Für Elektronen gibt es zusätzlich die Möglichkeit einer direkten kinematischen Korrektur bei Verwendung fokussierender magnetischer Spektrometer (Orange-type-Spektrometer). Der Doppler-Effekt kann auch für experimentelle Messtechniken, z.B. für Lebensdauermessungen (Doppler-Rückstossmethode, Plunger-Methode, Recoil-Shadow-Methode), genutzt werden.