المحتويات: تاريخ الاكتشاف امتصاص الرنين النووي لأشعة جاما تقنية تجربة موسباور تفاعلات فائقة الدقة ومعلمات موسباور تطبيقات عمليةالطريقة: - التحليل المرحلي في علوم المواد والجيوكيمياء - التحليل السطحي - التأثيرات الديناميكية

تاريخ اكتشاف رنين جاما النووي (تأثير موسباور) إن عملية الرنين الذري في نطاق الطول الموجي البصري معروفة جيدًا. لقد تنبأ به د. رايلي ووجده التأكيد التجريبيفي عام 1904 في تجربة روبرت وود الشهيرة، والتي استخدم فيها وود الضوء الأصفر المنبعث من ذرات الصوديوم (وتسمى خطوط الصوديوم D)، والذي يمكن إنتاجه عن طريق وضع كمية صغيرة من ملح الطعام في اللهب. يتوافق كل خط D مع التردد الطبيعي لاهتزازات ذرة الصوديوم، أو بشكل أكثر دقة، الإلكترونات الخارجية لهذه الذرة. لمراقبة الرنين، من الضروري عدم وجود ذرات صوديوم أخرى في اللهب. استخدم وود قنينة زجاجية مفرغة تحتوي على كمية صغيرة من معدن الصوديوم. يكون ضغط بخار الصوديوم عند تسخينه أعلى درجة حرارة الغرفةوكانت كمية بخار الصوديوم الموجودة في الاسطوانة كافية لإجراء التجربة. إذا تم تركيز الضوء الصادر من لهب الصوديوم على البالون، يمكن ملاحظة وهج أصفر خافت. تعمل ذرات الصوديوم الموجودة في الدورق بشكل مشابه للشوكة الرنانة. إنها تمتص طاقة شعاع الضوء الأصفر الساقط ثم تومضه في اتجاهات مختلفة.

قبل خمسين عامًا، في عام 1958، رحل الفيزيائي الألماني رودولف لودفيج موسباور، أثناء عمله على أطروحة الدكتوراه في المعهد. M. بلانك في هايدلبرغ، قدمت إلى الألمانية مجلة الفيزياءمقال بعنوان “فلورية الرنين النووي لأشعة جاما في Ir 191” والذي نشر في منتصف العام نفسه. وبالفعل في خريف عام 1958، أجرى التجارب الأولى التي استخدم فيها تأثير دوبلر لمسح خطوط الرنين. في نهاية عام 1958، نشر البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها، والتي وضعت الأساس لجديد الطريقة التجريبية– التحليل الطيفي بالرنين النووي لأشعة جاما، والذي يُسمى غالبًا التحليل الطيفي موسباور (MS). في عام 1961 لاكتشاف و اساس نظرىمنحت هذه الظاهرة رودولف موسباور جائزة نوبل في الفيزياء.

تأثير تأثير الارتداد على امتصاص وانبعاث إشعاع جاما بواسطة النوى طاقة الارتداد: 57 Fe طاقة دوبلر: ET = 14.4 kOe. V، ر 1/2 = 98 نانو ثانية، G = 4.6 10 -9 عمر الفاروق. V، → ER~ 2 · 10 -3 ه. في

توزيع الطاقة لكميات جاما المنبعثة والممتصة لنواة الذرات الحرة للنواة الذرية في شبكة بلورية عند درجات الحرارة المنخفضة

مقارنة المعلمات الرئيسية بين التحولات الإلكترونية والنووية معلمات الانتقال الطاقة الانتقالية، ET (e.V) متوسط ​​عمر الحالة المثارة، (ثانية) عرض خط الرنين الطبيعي، Γ=ħ/τ (e.V) دقة الطاقة، G/ET ارتداد الطاقة، نسبة ER (e.V) ER/G التحول الإلكتروني لخط Na D التحول النووي 57 Fe التحول النووي 119 Sn 2. 1 14 413 23 800 1. 5 × 10 -8 1. 4 × 10 -7 2. 8 × 10 -8 4. 4× 10 -8 4. 6× 10 -9 2. 4× 10 -8 2. 1× 10 -8 3. 1× 10 -13 1× 10 -12 ~10 -10 1 10 -3 2. 5× 10 -3 ~2. 3×10 -3 4.1×105 1.4×105

المعلمات النووية لنظائر موسباور الرئيسية النظير 57 Fe 61 Ni 119 Sn 121 Sb 125 Te 127 I 129 I 149 Sm 151 Eu 161 Dy 193 Ir 197 Au 237 Np Eγ، ke. V Gr/(mmms-1) =2 Gest Ig Ie 14.41 67.40 23.87 37.15 35.48 57.60 27.72 22.5 21.6 26.65 73.0 77.34 59 54 0.192 0.78 0.626 2.1 5.02 2.54 0.59 1.60 1.44 0.37 0.60 1.87 0.0067 1/23/21/2+ 5 . /2+ 7/2+ 7/25/2+ 3/2+ 5/2+ 3/25/23/2+ 7/2+ 5/2+ 5/27/2+ 5/21/2+ 5 /2 - α 8.17 0.12 5.12 ~10 12.7 3.70 5.3 ~12 29 ~2. 5 ~6 4.0 1.06 المحتوى الطبيعي % 2.17 1.25 8.58 57.25 6.99 100 صفر 13.9 47.8 18.88 61.5 100 صفر اضمحلال نواة 57 Co ( EC 270 د) 61 كو (ß-99 م) 119 م. سن (IT 50 د) 121 م. Sn (ß-76 y) 125 I (EC 60 d) 127 م. تي (ß-109 د) 129 م. Te (ß-33 d) 149 Eu (EC 106 d) 151 Gd (EC 120 d) 161 Tb (ß-6.9 d) 193 Os (ß-31 h) 197 Pt (ß-18 h) 237 Am ( α 458 ذ) التقاط الإلكترون EC، واضمحلال بيتا، والانتقال الأيزومري IT، واضمحلال ألفا ألفا

مخططات التحلل الإشعاعي الناتجة عن تعداد مستوى موسباور على نواة 57 Fe و119 م. سن

احتمال عملية الرنين دون الارتداد. عامل Lamb-Mössbauer f - يعتمد احتمال عملية امتصاص أو انبعاث أشعة جاما دون الارتداد f - على الخواص الاهتزازية شعرية الكريستال، أي على احتمال إثارة الخلفيات في مادة صلبة - المربع الأوسطسعة التذبذبات في اتجاه إشعاع جاما الكمي، متوسطها على مدى عمر النواة في الحالة المثارة lect – الطول الموجي لكم جاما

تأثير عمليات الفونون على الامتصاص أو التشتت دون الارتداد أ ب ج أطياف الاهتزازات للشبكات صلبأ – نموذج أينشتاين، ب – نموذج ديباي، ج – نموذج بورن – كرمان

التفاعلات فائقة النغمة لمعلمات Messbauer لمعلمة التفاعل من نوع Messbauer هي التحول الاحتكاري الكهربائي بين النواة والبروتونات δ (mm/s) المعلومات المستخرجة عن حالة دوران الذرة (HS، LS، IS) الكهربائية درجة الأكسدة للأكسدة APPECTION DEVERUPLE PERFECTION ΔEQ (mm/m/s/m/s/m/s/s/s/m ) التفاعل الكهربائي الرباعي بين العزم الرباعي للنواة والمجال الكهربائي غير المتجانس التماثل الجزيئي خصائص النطاق حالة دوران الذرة (HS، LS، IS) الانقسام المغناطيسي ΔEM(mm/s) التفاعل ثنائي القطب المغناطيسي بين العزم المغناطيسي للنواة و حقل مغناطيسيطبيعة وحجم التفاعل المغناطيسي (المغناطيسية الحديدية، المغناطيسية المضادة، إلخ).

التحول الأيزوميري في المركبات المحتوية على الحديد متى القياس التجريبيالتحولات الكيميائية الأيزوميرية، من المهم دائمًا تحديد المعيار الذي سيتم على أساسه تحديد هذه التحولات. لذا بالنسبة للقياسات على 57 Fe، فإن المعيار الرسمي هو مركب هذا النظير Na 2 أو الحديد المعدني. ل 119 م. Sn المعيار المقبول عمومًا هو Sn. O2.

التفاعل الرباعي الكهربائي الانقسام الرباعي ΔEQ ΔEQ حيث: m. I=+I، +I-1، …، -I لـ 57 Fe Iв=3/2، Io=1/2 عند η=0

الجمع بين التفاعل ثنائي القطب المغناطيسي والتفاعل الرباعي الكهربائي عادةً بالنسبة إلى 57 Fe والتماثل المحوري (η = 0):

عملية تفريغ نواة 57 Fe بعد إثارة الرنين. نوع الإشعاع المنبعث إيكي. شدة V (الوحدات التكرارية) عمق الخروج إشعاع موسباور 14، 4 0، 10 20 ميكرومتر الأشعة السينيةقذائف K 6.4 0.28 20 ميكرومتر إلكترونات تحويل K 7.3 0.79 10 نانومتر 400 نانومتر إلكترونات تحويل L 13.6 0.08 20 نانومتر 1.3 ميكرومتر إلكترونات تحويل M …………… 14.3 0.01 20 نانومتر 1.5 ميكرومتر K – LL – أوجيه إلكترونات 5.5 0.6 3 7 نانومتر 400 نانومتر L – مم – إلكترونات اوجير 0.53 0.60 1 نانومتر 2 نانومتر

ديناميات التفاعلات فائقة الدقة والاسترخاء من بين طرق الدراسة المحتوية على الحديد الخواص المغناطيسيةالجسيمات النانوية، واحدة من أكثرها إفادة هي التحليل الطيفي موسباور. على عكس القياسات المغناطيسيةيمكن أن يكشف التحليل الطيفي لموسباور عن الديناميكيات المغناطيسية للجسيمات النانوية في نطاق التردد 107 - 1010 ثانية-1، وهي خاصية "نافذة" موسباور. يصبح شكل أطياف موسباور التجريبية للأجسام منخفضة الأبعاد أكثر تعقيدًا مقارنةً بأطياف الأجسام الضخمة. قد تكون أسباب ذلك: إما تراكب مجموعة ثابتة من الهياكل فائقة الدقة، بسبب الاختلافات في البيئة المحلية للذرات الرنانة، أو تأثير أنواع مختلفة من العمليات الديناميكية (على سبيل المثال، الانتشار، والمغناطيسية المسايرة، واللف المغزلي، استرخاء شبكة الدوران ، إلخ.

شكل أطياف موسباور للمواد المرتبة مغناطيسيًا 1. حالة محلولة جيدًا هيكل متناهية الصغر: 2. حالة تراكب مجموعة كبيرة من الهياكل فائقة الدقة: 3. حالة الاسترخاء الفائق المغنطيسي: هنا احتمال p لإعادة توجيه العزم المغناطيسي للذرة بزاوية /2 بين محاور المغنطة السهلة، ف- احتمال عكسه لكل وحدة زمنية

الإثارة الانتقائية للمستويات الفرعية للهيكل المغناطيسي فائق الدقة أ) - رسم تخطيطي للتحولات بين المستويات الفرعية النووية للأرض والحالات المثارة -Fe، ب) طيف FEM التجريبي لـ رقيقة-Fe، ج) - طيف الطاقة للإشعاع المتناثر عند إثارة المستوى -3/2، د) طيف الطاقة للإشعاع المتناثر عند إثارة المستوى +1/2.

أ) - طيف امتصاص الجيوثيت المستبدل بالألمنيوم (8 مول٪) وأطياف الإثارة الانتقائية (من الأعلى إلى الأسفل). ج) - طيف امتصاص الجيوثيت المستبدل بالألمنيوم (2 مول٪) وأطياف الإثارة الانتقائية (من الأعلى إلى الأسفل). يشير السهم إلى طاقة الإشعاع المثير.

نفس تأثير موسباور.

عرض القيمة رنين جاما النوويفي قواميس أخرى

جاما- و. ايطالي الأبجدية الموسيقية، السلم، موسيقى الروك في الموسيقى، الصف، ترتيب الأصوات. | جدول الملاحظات، مع معاني الأصابع.
قاموس دال التوضيحي

جاما- مقاييس. الحرف الثالث من الأبجدية اليونانية. - الأشعة، أشعة جاما، الوحدات. لا (جسدي) - مثل الأشعة السينية.
قاموس أوشاكوف التوضيحي

صدى- م.فرنسي صوت، همهمة، جنة، صدى، رحيل، همهمة، عودة، صوت؛ صوت الصوت، حسب الموقع، حسب حجم الغرفة؛ صوتية، صوتية آلة موسيقية، حسب التصميم ........
قاموس دال التوضيحي

النووية- النووية والنووية (خاصة). 1. الصفة. إلى القلب في 1 و 5 أرقام. عصير. وزن. 2. صفة بالقيمة. المرتبطة بالنواة الذرية أو نواة الخلية (الفيزيائية والبيولوجية). فيزياء نووية. التركيب النووي للعصيات.
قاموس أوشاكوف التوضيحي

غاما-- 1. الجزء الأول من الكلمات المركبة الذي يقدم المعنى: يرتبط بالإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث المواد المشعة(أشعة جاما، مطياف جاما، علاج جاما، إلخ).
القاموس التوضيحي لإفريموفا

غاما جلوبيولين م.— 1. أحد بروتينات بلازما الدم الذي يحتوي على أجسام مضادة ويستخدم كدواء علاجي ووقائي لبعض الأمراض المعدية.
القاموس التوضيحي لإفريموفا

متوسط ​​إشعاع جاما— 1. الإشعاع الكهرومغناطيسي قصير الموجة المنبعث من المواد المشعة.
القاموس التوضيحي لإفريموفا

جاما الكم م.— 1. كم إشعاع جاما.
القاموس التوضيحي لإفريموفا

أشعة جاما Mn.— 1. مثل: إشعاع جاما.
القاموس التوضيحي لإفريموفا

تركيب جاما J.— 1. جهاز لاستخدام شعاع جاما موجه ومتحكم فيه.
القاموس التوضيحي لإفريموفا

الرنين م.— 1. إثارة اهتزازات أحد الأجسام باهتزازات جسم آخر بنفس التردد، بالإضافة إلى استجابة صوت أحد الجسمين المتناغمين. 2. القدرة على تعزيز ......
القاموس التوضيحي لإفريموفا

غاما-- الجزء الأول من الكلمات المعقدة. يساهم: يرتبط بالإشعاع الكهرومغناطيسي (أشعة جاما) المنبعثة من المواد المشعة. تحليل جاما، فلاش جاما، ........
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

علم فلك أشعة جاما- ) -و؛ و. فرع من فروع علم الفلك يتعلق بدراسة الأجسام الكونية اعتماداً على إشعاع غاما الخاص بها.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

انفجار أشعة جاما- ) -أ؛ م.زيادة قصيرة المدى في إشعاع جاما الكوني. مراقبة انفجارات أشعة جاما.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

غاما الجلوبيولين- ) -أ؛ م. أحد بروتينات بلازما الدم التي تحتوي على الأجسام المضادة (يستخدم كدواء علاجي ووقائي لبعض الأمراض المعدية).
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

كشف خلل جاما- ) -و؛ و. طريقة لاختبار المواد والمنتجات تعتمد على قياس امتصاص أشعة جاما المنبعثة من نظائر المعادن المشعة (تستخدم للكشف عن العيوب الخفية).
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

أشعة غاما- -أنا؛ تزوج فيز. الإشعاع الكهرومغناطيسي قصير الموجة المنبعث من المواد المشعة. ز. الراديوم.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

كم غاما- -أ؛ م.كم إشعاع جاما. تدفق كمات جاما. امتصاص أشعة جاما بواسطة النوى الذرية.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

ليزر جاما- -أ؛ م. مولد إشعاع جاما. غازر. إنشاء مدينة
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

أشعة غاما- ) -لها؛ رر. فيز. = إشعاع جاما.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

جهاز قياس كثافة جاما- ) -أ؛ م. جهاز لقياس كثافة المادة باستخدام أشعة جاما.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

حقل جاما- ) -أنا؛ تزوج
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

مطياف جاما- ) -أ؛ م. جهاز لقياس الطاقة (طيف الطاقة) لأشعة جاما.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

التحليل الطيفي لأشعة غاما- ) -و؛ و. الفصل فيزياء نوويةيرتبط بدراسة أطياف إشعاع جاما والخصائص المختلفة للحالات المثارة للنوى الذرية.
قاموس كوزنتسوف التوضيحي

تأثير موسباور
وتطبيقاتها في الكيمياء

هناك ظاهرة جديدة اكتشفها الفيزيائي الألماني رودولف لودفيج موسباور عام 1958 وهي الامتصاص الرنان لأشعة جاما بواسطة النوى الذرية للمواد الصلبة دون تغيير الطاقة الداخليةالجسم (أو دون فقدان جزء من الطاقة الكمومية بسبب ارتداد النواة في جسم صلب) - كان يسمى تأثير موسباور وأدى إلى إنشاء اتجاه جديد تمامًا للبحث في العلوم. وكانت المجالات الرئيسية لتطبيق هذا التأثير هي فيزياء الحالة الصلبة والكيمياء.

خلفية القضية

بدأت الأسس الأيديولوجية للتحليل الطيفي بالرنين غاما في التبلور منذ وقت طويل، وتأثر تطوره بالطبع بالمفاهيم الأساسية للتحليل الطيفي البصري، وخاصة التقدم في مجال ما يسمى بمضان الرنين.
منذ خمسينيات القرن التاسع عشر ومن المعروف أن بعض الغازات والسوائل والمواد الصلبة (مثل مركبات الفلورايد) تمتص الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء المرئي عادة) وتبعثه على الفور مرة أخرى (ظاهرة تسمى الفلورة). وفي حالة خاصة تعرف باسم الفلورة الرنانة، يكون للإشعاع الممتص والمنبعث نفس الطاقة والطول الموجي والتردد.
ظهرت الافتراضات الأولى حول وجود تشتت الرنين في الذرات في الأعمال فيزيائي إنجليزيجي دبليو رايلي، والتجارب الأولى في هذا الاتجاه أجراها عالم الفيزياء التجريبية الأمريكي الشهير آر دبليو وود في عامي 1902 و1904. ولتفسير تشتت الرنين، استخدم تشبيهات ميكانيكية.
تم تفسير ظاهرة الفلورسنت الرنيني جيدًا من خلال نظرية ن. بور التي حلت محل الأفكار القديمة ( النموذج الكميذرة). الذرة التي تنتقل من حالة مثارة فيإلى الحالة الأرضية أ، ينبعث فوتونًا بتردد محدد بدقة. عندما يمر مثل هذا الفوتون عبر غاز يتكون من نفس ذرات الباعث، يمكن امتصاصه، مما يتسبب في انتقال إحدى الذرات المستهدفة إلى الحالة في. وبعد فترة قصيرة من الزمن، تضمحل هذه الذرة المستهدفة المثارة بدورها، وتصدر فوتونًا له نفس التردد. وبالتالي، فإن الإشعاع الأولي والثانوي لهما نفس التردد، لكن عمليتي الامتصاص والانبعاث اللاحق للفوتون مستقلتان، ولا توجد علاقة طورية محددة بين الموجات الساقطة والموجات المنبعثة.
تم وصف العديد من جوانب ظاهرة الإشعاع الرني بشكل صحيح على أساس نظرية بور ومن ثم بدأ التطور ميكانيكا الكم. تم إجراء وصف كامل لعمليات الانبعاث والامتصاص ومضان الرنين في وقت لاحق إلى حد ما، في أواخر العشرينيات وأوائل الثلاثينيات من القرن الماضي. فيزيائيون ألمانفي إف ويسكوبف وجي بي فيجنر.
إن فكرة أن مستويات الطاقة في النوى تشبه المستويات الإلكترونية للذرات وأن التحولات بينها، وفقًا لمسلمة بور، تكون مصحوبة بالإشعاع أو الامتصاص، تم التعبير عنها لأول مرة في أعمال الفيزيائي الإنجليزي سي.دي. إليس في أوائل العشرينيات من القرن الماضي. في نهاية العشرينيات. تم إجراء البحث عن مضان الرنين النووي المقابل بواسطة الكيميائي الضوئي السويسري فيرنر كون، الذي كان يعمل في ألمانيا منذ عام 1927. وأظهر أن ظواهر مضان الرنين الذري والنووي تبدو متشابهة للغاية، ولكن هناك اختلافات كبيرة بينهما تجعل التجارب على النوى أكثر تعقيدًا.
ونتيجة لذلك، فقط في عام 1950 تمكن العلماء أخيرًا من إجراء تجربة ناجحة على نوى الذهب 198 لأول مرة وفهم العقبات التي كانت موجودة على طول هذا الطريق. أخيرًا تم حل هذه المشكلة بواسطة موسباور فقط.

اكتشاف موسباور

ما هي المشكلة بالضبط وكيف تم حلها بواسطة موسباور سيكون أكثر وضوحًا إذا نظرنا إلى بنية النواة.
من بين العديد من الإنشاءات النظرية، تجذب الصورة النمطية لنموذج بور الذري الانتباه - نموذج "الصدفة" للنواة الذرية، الحائزان على جائزة M. Goeppert-Mayer وH. Jensen جائزة نوبلحصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء لعام 1963. وفقًا لهذا النموذج، توجد النيوكليونات في النواة عند مستويات طاقة معينة، بشكل رئيسي في أزواج ذات دورانات عكسية (مبدأ باولي)، وتكون التحولات بين المستويات مصحوبة بانبعاث أو امتصاص كمات جاما. على عكس المستويات الإلكترونية لحالات الذرات أو الجزيئات، فإن الحالات المثارة للنواة لا تعيش طويلا (وفقا لترتيب "الزمن النووي" المميز ~ 10-23 ثانية)، وبالتالي، عدم اليقين في طاقة يجب أن تكون المستويات كبيرة جدًا وفقًا لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرج.
كل هذا سيكون ذا أهمية للفيزياء النووية فقط، ولكن ليس للكيمياء العضوية الهيكلية، وربما ليس للكيمياء بشكل عام، إن لم يكن لظرف واحد مهم. وهي: هناك أيضًا نوى مثارة طويلة العمر، لا تظهر طاقتها الزائدة بالسرعة التي تظهر بها التحولات العاديةالنيوكليونات من حالة إلى أخرى. تسمى هذه النوى نظائر، لديهم نفس الشحنة والعدد الكتلي، لكن طاقة مختلفة وعمر مختلف. تم اكتشاف الأيزومرية النووية بواسطة O. Gan (1921) أثناء دراسة اضمحلال بيتا للثوريوم 234 و I. V. Kurchatov مع زملائه L. V. Mysovsky و L. I. Rusinov عند مراقبة النشاط الإشعاعي الاصطناعي لنواة البروم (1935-1936). نظرية الايزومرية النوويةتم تطويره بواسطة K.F. فون فايتسكر في عام 1936
إن عمر الحالات شبه المستقرة للنوى (الأيزومرات) هو الذي يلعب دورا رئيسيافي تكوين الخطوط الطيفية للتحليل الطيفي لأشعة جاما. وفقًا لنفس مبدأ عدم اليقين لهايزنبرج، يجب أن يكون عدم اليقين في طاقة المستويات، وبالتالي العرض الطبيعي للخط الطيفي، صغيرًا للغاية. على وجه الخصوص، تظهر عملية حسابية بسيطة باستخدام مثال نظير الحديد 57 قيمة ضئيلة، في حدود 5-10-9 فولت. لقد كان هذا الضيق غير المسبوق للخطوط الطيفية هو الذي تسبب في فشل جميع الأعمال قبل موسباور.
وكتب العالم في عمله الشهير بعنوان “الامتصاص الرنان لكميات g في المواد الصلبة دون ارتداد” عن ذلك: “إن كوانتا جاما المنبعثة أثناء انتقال النواة من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية لا تكون عادة مناسبة لتحويل نفس النواة من الحالة الأرضية إلى الحالة المثارة من خلال العملية العكسية لامتصاص الرنين. وهذا نتيجة لفقد طاقة الارتداد الذي يتعرض له الكم أثناء عملية الانبعاث أو الامتصاص نظرًا لأنه ينقل زخم الارتداد إلى الذرة الباعثة أو الممتصة. إن خسائر الطاقة هذه بسبب الارتداد كبيرة جدًا لدرجة أن خطوط الانبعاث والامتصاص تتغير بشكل كبير بالنسبة لبعضها البعض. ونتيجة لذلك، فإن امتصاص الرنين (أو الفلورسنت)، كما أشار، عادة لا يتم ملاحظته في الأشعة السينية. من أجل جعل امتصاص الرنين لأشعة جاما يمكن ملاحظته، فمن الواضح أنه يجب تهيئة الظروف بشكل مصطنع بحيث تتداخل خطوط الانبعاث والامتصاص.
وهكذا، في عام 1951، اقترح P.B. Moon من جامعة برمنغهام (إنجلترا) التعويض عن ارتداد النوى أثناء الإشعاع عن طريق تحريك المصدر ميكانيكيًا أثناء تحركه نحو نوى المستقبل. في هذه الحالة، تتم إضافة الطاقة الحركية لحركة المصدر إلى طاقة كم جاما، وبالتالي، من الممكن تحديد السرعة التي يتم بها استعادة حالة الرنين بالكامل. ولكن بعد بضع سنوات، وجد موسباور بشكل غير متوقع طريقة أبسط لحل هذه المشكلة، حيث تم منع فقدان الارتداد من البداية. حقق العالم مضان أشعة جاما باستخدام الذرات كمصدر لها النظائر المشعةمعدن الايريديوم-191.
الإيريديوم مادة صلبة بلورية، وبالتالي فإن الذرات الباعثة والممتصة تحتل موقعًا ثابتًا في الشبكة البلورية. تبريد البلورات النيتروجين السائلتفاجأ موسباور عندما وجد أن التألق زاد بشكل ملحوظ. وبدراسة هذه الظاهرة، وجد أن النوى الفردية التي تنبعث أو تمتص أشعة جاما تنقل نبض التفاعل مباشرة إلى البلورة بأكملها. نظرًا لأن البلورة أكبر بكثير مقارنة بالنواة، وذلك بفضل تفاعل قويعند الذرات في المواد الصلبة، لا يتم نقل طاقة الارتداد إلى نواة منفصلة، ​​بل يتم تحويلها إلى طاقة اهتزازية للشبكة البلورية، ونتيجة لذلك، لا يتم ملاحظة تحول التردد في الفوتونات المنبعثة والممتصة. في هذه الحالة، تتداخل خطوط الانبعاث والامتصاص، مما يجعل من الممكن ملاحظة الامتصاص الرنان لأشعة جاما.
هذه الظاهرة، التي أطلق عليها موسباور اسم "امتصاص الرنين النووي المرن لإشعاع غاما"، تسمى الآن تأثير موسباور. مثل أي تأثير يحدث في المادة الصلبة، فإن الأمر يعتمد على التركيب البلوري للمادة ودرجة الحرارة وحتى وجود أصغر الشوائب. كما أظهر العالم أن قمع الارتداد النووي باستخدام الظاهرة التي اكتشفها يجعل من الممكن توليد أشعة جاما، التي يكون طول موجتها ثابتًا في حدود جزء من المليار (= 10–9 سم). في التين. ويبين الشكل 1 رسما تخطيطيا للإعداد التجريبي.
في الحقيقة وصف كامليتطلب تأثير موسباور استخدام المعرفة من مختلف فروع ميكانيكا الكم، لذلك ركزنا في هذه المقالة فقط على أكثر الأحكام العامةنهجه.

في التجارب اللاحقة (بعد الإيريديوم، تمت دراسة أجسام أخرى: 187 Re، 177 Hf، 166 Er، 57 Fe و67 Zn، والتي لوحظ فيها أيضًا امتصاص الرنين دون الارتداد)، أكد موسباور أخيرًا صحة تفسير تأثير لاحظ أن مضان جاما الرنان دون الارتداد قدم في نفس الوقت الأساس للمنهجية التجريبية لجميع الدراسات اللاحقة لهذه الظاهرة.
من خلال دراسة التحولات في خطوط الانبعاث والامتصاص، يمكن للمرء الحصول على غاية معلومات مفيدةحول بنية المواد الصلبة. يمكن قياس التحولات باستخدام مطياف موسباور (الشكل 2).

أرز. 2. رسم تخطيطي مبسط مطياف موسباور

يتم ضبط مصدر كمات جاما، باستخدام جهاز ميكانيكي أو كهروديناميكي، على حركة ترددية بسرعة نسبة إلى جهاز الامتصاص. باستخدام كاشف إشعاع جاما، يتم قياس مدى اعتماد سرعة شدة تدفق أشعة جاما التي تمر عبر جهاز الامتصاص.
تتلخص جميع تجارب مراقبة أطياف موسباور في ملاحظة اعتماد امتصاص أشعة جاما (في كثير من الأحيان، التشتت) في العينة قيد الدراسة على سرعة حركة هذه العينة بالنسبة للمصدر. دون الخوض في تفاصيل تصميم مختلف المرافق التجريبيةتجدر الإشارة إلى أن التصميم الكلاسيكي لمطياف موسباور يتضمن العناصر الرئيسية التالية: مصدر إشعاع، وجهاز امتصاص، ونظام لتحريك المصدر بالنسبة إلى جهاز الامتصاص، وكاشف.

تطبيقات عامةطريقة

بعد نشر بحث موسباور الأول، استغرق الأمر حوالي عام قبل أن تبدأ المختبرات الأخرى في تكرار تجاربه وتوسيعها. تم إجراء تجارب التحقق الأولى في الولايات المتحدة الأمريكية (لوس ألاموس مختبر علميومختبر أرجون الوطني). علاوة على ذلك، فمن المثير للاهتمام أن الأبحاث في مختبر لوس ألاموس بدأت برهان بين اثنين من الفيزيائيين، أحدهما لم يؤمن باكتشاف موسباور، والآخر كرر تجربته وبالتالي فاز بالرهان (لاحظا خط جاما عند 67 زنك). وقد لوحظت زيادة كبيرة في المنشورات حول هذا الموضوع بعد اكتشاف تأثير موسباور في 57 Fe، والذي تم إجراؤه بشكل مستقل أيضًا في جامعة هارفارد، ومختبر أرجون الوطني، وما إلى ذلك. والسهولة التي يمكن بها ملاحظة التأثير في 57 Fe، هائلة إن حجمه ووجوده حتى درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة مئوية، جعل هذا المجال من البحث متاحًا حتى للمختبرات ذات المعدات المتواضعة للغاية.
وسرعان ما اكتشف الفيزيائيون أنه باستخدام تأثير موسباور، كان من الممكن تحديد عمر الحالات المثارة للنوى وأحجام النوى نفسها، والقيم الدقيقة للمجالات المغناطيسية والكهربائية بالقرب من نوى الباعث، وأطياف الفونون للمواد الصلبة. . بالنسبة للكيميائيين، تبين أن أهم عاملين هما التحول الكيميائي لإشارة الرنين وما يسمى بالانقسام الرباعي.
نتيجة لذلك، في فيزياء الحالة الصلبة، حصل البحث باستخدام تأثير موسباور للبنية المغناطيسية والخواص المغناطيسية للعناصر والمركبات، وخاصة السبائك، على أكبر قدر من التطور. وقد تم تحقيق تقدم ملحوظ بشكل خاص في هذا الاتجاه في العمل على العناصر الأرضية النادرة. المجال الثاني الأكثر أهمية للبحث هو دراسة ديناميكيات الشبكة البلورية.
كانت الأمور مختلفة تمامًا في الكيمياء. كما اتضح فيما بعد، باستخدام إشارات التحليل الطيفي لرنين جاما، من الممكن التوصل إلى استنتاجات معينة حول المجال الكهربائي الموجود في مركز الذرة وحل المشكلات النموذجية للكيمياء المتعلقة بالطبيعة الرابطة الكيميائية. أتاح التحليل الطيفي لموسباور حل العديد من المشكلات الهيكلية مركبات كيميائيةوقد وجد تطبيقه في الحركية الكيميائية والكيمياء الإشعاعية. لقد أثبتت هذه الطريقة أنها لا غنى عنها في تحديد هياكل الجزيئات البيولوجية ذات الأوزان الجزيئية العالية بشكل خاص.
وتجدر الإشارة إلى أن التحليل الطيفي لرنين جاما قد أثبت فعاليته بشكل لا يصدق حساسية عالية(5-6 مرات أعلى من الرنين المغناطيسي النووي)، لذلك، يمكن للمرء أن يفهم حماسة الكيميائيين في أوائل الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين. ومع ذلك، هدأت المشاعر قليلاً عندما اعتاد الكيميائيون على الوضع واكتشفوا القيود في استخدام الطريقة. على وجه الخصوص ، كتب V. I. Goldansky في كتابه المخصص لتطبيقات تأثير موسباور في الكيمياء: "من الواضح أن الكائنات الرئيسية لتطبيق تأثير موسباور في الكيمياء هي مركبات العناصر العضوية والمركبات المعقدة. وفي مجال مركبات العناصر العضوية، فإن مقارنة الطبيعة العامة لروابط الكربون العنصرية، والتي تختلف بشكل كبير بالنسبة للمعادن الانتقالية ومعادن المجموعات الرئيسية، أمر ذو أهمية كبيرة. ولكن مرت 30 عامًا منذ ذلك الحين، وأكد التحليل الطيفي لرنين جاما استخدامه الواعد لمجموعة واسعة من الأغراض والأشياء الكيميائية.

التطبيقات الكيميائية للطريقة

يعتمد موضع إشارة الرنين على البيئة الإلكترونية التي توجد فيها النواة التي تنبعث منها الكم. إن الحصول على نوع جديد من المعلومات الفيزيائية حول البيئة الإلكترونية للنواة كان بلا شك دائمًا ذا أهمية كبيرة للكيمياء.
حل قضايا طبيعة الروابط الكيميائية وبنية المركبات الكيميائية.نظرًا لأن المعلمات الرئيسية لأطياف موسباور - مثل التحولات الكيميائية والانقسامات الرباعية - يتم تحديدها إلى حد كبير من خلال بنية التكافؤ قذائف الإلكترونالذرات، فكان أول احتمال طبيعي للتطبيق الكيميائي لهذا التأثير هو دراسة طبيعة الروابط بين هذه الذرات. في هذه الحالة، كان أبسط نهج لحل المشكلة هو التمييز بين نوعين من الروابط - الأيونية والتساهمية - وتقييم مساهمة كل منهما. ولكن تجدر الإشارة إلى أن هذا هو النهج الأبسط، حيث لا ينبغي لنا أن ننسى أن التمييز بين الروابط الكيميائية إلى روابط أيونية وتساهمية يعد تبسيطًا فادحًا إلى حد ما، لأنه لا يأخذ في الاعتبار الفرص التعليميةعلى سبيل المثال، روابط المانحين والمتقبلين، والسندات التي تتضمن مدارات متعددة المراكز (في البوليمرات) وغيرها التي تم اكتشافها في العقود الأخيرة.
يمكن ربط معلمة مثل التحول الكيميائي بدرجة أكسدة ذرات العناصر في جزيئات المواد قيد الدراسة. تم تطوير مخططات الارتباط للتحولات الأيزوميرية (الكيميائية) البالغة 57 Fe لمركبات الحديد بشكل جيد. كما هو معروف، يعد الحديد جزءًا لا يتجزأ من العديد من الأنظمة الحيوية، ولا سيما البروتينات الدموية والأنظمة ذات الطبيعة غير البروتينية (على سبيل المثال، الموجودة في الكائنات الحية الدقيقة). في كيمياء العمليات الحيوية، تلعب تفاعلات الأكسدة والاختزال لمجمعات حديد البورفيرين دورًا مهمًا، حيث يوجد الحديد أيضًا في حالات التكافؤ المختلفة. لا يمكن الكشف عن الوظيفة البيولوجية لهذه المركبات إلا عند توفر معلومات مفصلة حول بنية الموقع النشط و الدول الإلكترونيةالحديد في مراحل مختلفة من العمليات البيوكيميائية.
كما ذكر أعلاه، أشياء مهمةتطبيقات تأثير موسباور في الكيمياء هي العناصر العضوية والمركبات المعقدة. في مجال مركبات العناصر العضوية، كانت المقارنة بين الطبيعة العامة لروابط الكربون العنصرية، والتي تختلف تمامًا عن المعادن الانتقالية ومعادن المجموعات الرئيسية (على سبيل المثال، عمل A.N. Nesmeyanov)، ذات أهمية كبيرة.
وهكذا، باستخدام تأثير موسباور، تم إجراء مقارنات بين مجمعات الأسيتيلينيد لعدد من الفلزات الانتقالية. تم إجراء دراسات ناجحة بشكل خاص على مركبات البنتادينيليدات المعدنية الحلقية M(C5H4)2، ولا سيما هياكل "الساندويتش" الشبيهة بالفيروسين.
أحد التطبيقات المهمة لهذا التأثير هو توضيح بنية ثنائي كربونيل الحديد. أظهرت نتائج دراسات حيود الأشعة السينية الأولية أن ذرات الحديد تتمركز في زوايا المثلث في هذه الجزيئات. ولهذا السبب، استغرق التوفيق بين هذه النتائج وأطياف موسباور لثنائي دوديكاكاكربونيل الحديد وقتًا طويلاً، حيث استبعد الأخير أي بنية مثلثة متماثلة. أظهرت التجارب المتكررة في وقت واحد باستخدام طرق تحليل حيود الأشعة السينية ومطيافية موسباور أن الاختيار يمكن بالتأكيد أن يتم فقط على الهياكل الخطية.
نلاحظ بشكل خاص استخدام تأثير موسباور في تحديد بنية الجزيئات الحيوية. حاليًا، يتم تحديد بنية البروتينات بشكل حصري تقريبًا عن طريق حيود الأشعة السينية على بلورات مفردة من هذه البروتينات (انظر حول هذا: الطرق المباشرة في علم البلورات بالأشعة السينية. الكيمياء، 2003، رقم 4).
ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها قيود بسبب الوزن الجزيئي الغراميالأنظمة التي تتم دراستها. على سبيل المثال، الوزن الجزيئي 150.000 جم/مول، والذي يحتوي على الغلوبولين المناعي غاما، هو الحد الأعلىلتحديد الهيكل عن طريق طريقة البدائل المتماثلة المتعاقبة. بالنسبة للبروتينات ذات الوزن الجزيئي العالي (على سبيل المثال، الكاتلاز، الهيموسيانين، فيروس فسيفساء التبغ، وما إلى ذلك)، فمن الضروري استخدام طرق أخرى. وهنا أثبتت طريقة تشتت إشعاع جاما الرنانة دون الارتداد على 57 نواة Fe نفسها بنجاح. تستخدم هذه الطريقة التداخل بين إشعاعات جاما المنتشرة على الأغلفة الإلكترونية لجميع الذرات في البلورة وعلى بعض نوى 57Fe المدمجة في البلورة في مواضع محددة في خلية الوحدة (تشتت موسباور).
الحركية الكيميائية والكيمياء الإشعاعية.جنبا إلى جنب مع أسئلة بنية المركبات الكيميائية، يتم استخدام تأثير موسباور بنشاط في الحركية الكيميائية والكيمياء الإشعاعية. بالإضافة إلى إمكانية الحصول مباشرة على منحنيات حركية بالكامل في تجربة واحدة (استنادًا إلى تكرار العينات عند بعض السرعة المميزة الثابتة للحركة)، فإن ملاحظات المنتجات الوسيطة غير المستقرة مثيرة للاهتمام بشكل خاص هنا. عند إجراء التفاعلات في الطور السائل، يصبح من الضروري إيقاف العملية عن طريق تجميد الخليط لكل ملاحظة لطيف موسباور. في حالة العمليات الكيميائية الطوبوغرافية (خاصة العمليات الكيميائية الإشعاعية)، من الممكن المراقبة المستمرة للتغيرات في طيف موسباور أثناء التفاعل.
مما لا شك فيه أنه ينبغي أيضًا ذكر التطبيقات الواعدة الأخرى لطريقة موسباور للتحليل الطيفي. بادئ ذي بدء، أصبح هذا التأثير أداة مفيدة لحل عدد من المشاكل في الكيمياء الفيزيائية للبوليمرات، ولا سيما مشكلة تثبيت البوليمر. يتم استخدامه أيضًا كمحلل في طريقة الذرة الموسومة. على وجه الخصوص، أجريت تجارب لدراسة استقلاب الحديد الموجود في خلايا الدم الحمراء للثدييات وفي الميتوكوندريا للبكتيريا.

خاتمة

بالطبع، لا يتم استخدام طريقة التحليل الطيفي موسباور على نطاق واسع في الأبحاث الكيميائية، مثل الطرق المعروفة للرنين المغناطيسي النووي والأشعة تحت الحمراء والتحليل الطيفي الشامل. ويرجع ذلك إلى قلة توافر المعدات وتعقيدها، وإلى النطاق المحدود للأشياء والمهام التي يتعين حلها. بعد كل شيء، لوحظ التأثير نفسه على نوى ليس كل العناصر والنظائر9. ومع ذلك، فإن استخدامه مهم جدًا بالاشتراك مع طرق البحث الأخرى، وخاصة التحليل الطيفي الراديوي.
في السنوات الاخيرةتم تطوير دراسات أطياف موسباور عند الضغوط العالية. على الرغم من أن الأخير له تأثير ضعيف نسبيًا على الأغلفة الإلكترونية للذرات، إلا أن معلمات أطياف موسباور المقاسة اعتمادًا على الضغط تحمل معلومات جديدةعلى تفاعل النواة مع البيئة الإلكترونية. بالمقارنة مع الطرق الأخرى، يعد التحليل الطيفي موسباور في دراسات الضغط العالي أكثر حساسية لتغيرات الطاقة.

الأدب

ر.ل. Rckstossfreie Kernresonanzabsorption von Gammastrahlung. نوبلفورتراج 11 ديسمبر 1961. لو بريكس نوبل أون 1961. ستوكهولم: Impremerie Royale P.A.Norstedt & Sner, 1962,
ص 136-155؛
جولدانسكي ف.. تأثير موسباور. م: دار النشر التابعة لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، 1963؛
موسباور ر.ل.الامتصاص النووي الرنان للكميات في المواد الصلبة دون الارتداد. أوسبيخي فيزيتشيسكيخ ناوك، 1960، المجلد 72، رقم. 4، ص. 658-671.

موسباور رودولف لودفيج(مواليد 31.I.1929) ولد في ميونيخ (ألمانيا) في عائلة فني التصوير الفوتوغرافي لودفيج موسباور وزوجته إرنا، ني إرنست. بعد أن تلقى تعليمه الثانوي الأولي في إحدى مدارس ضواحي ميونيخ (منطقة بازينج)، دخل بعد ذلك إلى صالة الألعاب الرياضية، وتخرج منها عام 1948.
بعد ذلك، عمل موسباور في شركة بصريات لمدة عام واحد، وبعد ذلك، بعد أن قدم المستندات إلى قسم الفيزياء في المدرسة التقنية العليا في ميونيخ (الجامعة التقنية الآن)، تم تسجيله كطالب في عام 1949. في عام 1952 حصل على درجة البكالوريوس، وفي عام 1955 حصل على درجة الماجستير، وفي عام 1958، بعد الدفاع عن أطروحته، حصل على الدكتوراه في الفلسفة.
أثناء إكمال أطروحته في 1953-1954. عمل الشاب مدرسًا للرياضيات في معهد الرياضيات في ألما ماتر. بعد التخرج، من 1955 إلى 1957 كان مساعدا في معهد فيزياء البحوث الطبية الذي سمي على اسمه. بلانك في هايدلبرغ، وفي عام 1959 أصبح مساعدًا في الجامعة التقنية في ميونيخ.
أطروحة الدكتوراه، التي تم فيها اكتشاف التأثير الذي يحمل اسمه، نفذها العالم تحت إشراف عالم الفيزياء الشهير في ميونيخ هـ. ماير لايبنتز.
في البداية، لم تكن النتائج التي حصل عليها موسباور مدعومة من قبل معظم العلماء وتم التشكيك فيها. ومع ذلك، بعد مرور عام، وبعد إدراك الأهمية المحتملة لهذا التأثير، أكد بعض معارضيه صحته بشكل كامل من خلال دراساتهم التجريبية. وسرعان ما أدرك جميع علماء الفيزياء أهمية هذا الاكتشاف، وأصبح "تأثير موسباور" ضجة كبيرة، وبدأ عشرات العلماء من مختلف المختبرات حول العالم العمل في هذا المجال.
في عام 1961، حصل موسباور على جائزة نوبل في الفيزياء "لدراسته حول الامتصاص الرنيني لأشعة غاما واكتشاف التأثير الذي يحمل اسمه في هذا الصدد".
كان من المفترض أن يصبح موسباور أستاذاً في الجامعة التقنية في ميونيخ، ولكن بعد أن خاب أمله في المبادئ البيروقراطية والاستبدادية للهياكل التنظيمية للجامعات الألمانية، حصل على إجازة في هايدلبرغ في عام 1960، وذهب إلى الولايات المتحدة للدراسة في معهد كاليفورنيا للهندسة. التكنولوجيا في منحة علمية. وفي العام التالي حصل على لقب أستاذ هناك.
في عام 1964 عاد العالم إلى وطنه وتوجه كلية الفيزياءالجامعة التقنية في ميونخ، تحويلها حسب النوع الهياكل التنظيميةالجامعات الأمريكية. وقد وصف بعض العلماء مازحين هذا التغيير في بنية اللغة الألمانية التعليم الأكاديمي“تأثير موسباور الثاني”. عمل في الجامعة حتى عام 1971.
في 1972-1977 ترأس موسباور معهد ماكس لاو بول لانجفين في غرونوبل (فرنسا). وفي عام 1977 عاد إلى ألما ماترحيث واصل العمل كأستاذ للفيزياء وفي نفس الوقت المدير العلمي لمعهد تم إنشاؤه خصيصًا لتطوير المشكلات في مجال التحليل الطيفي لموسباور وتصوير موسباور. في الثمانينيات والتسعينيات. ترأس مشروع Mössbauer-Parak-Hoppe لدراسة حيود Mössbauer gamma quanta بواسطة الأشياء البيولوجية(تصوير الطحالب للبروتين).
في عام 1957، تزوج العالم المصمم إليزابيث بريتز. للزوجين ابن واحد وبنتان.
موسباور هو عضو في الجمعيات الفيزيائية الأمريكية والأوروبية والألمانية، والأكاديمية الهندية للعلوم، والأكاديمية الأمريكية للفنون والعلوم. حصل العالم على الدكتوراه الفخرية من جامعات أكسفورد وليستر وغرونوبل.
بالإضافة إلى جائزة نوبل، حصل موسباور على جائزة الإنجازات العلمية من مؤسسة الأبحاث الأمريكية (1960)، وميدالية إي جريسون من معهد فرانكلين (1961). وهو أيضًا حائز على جائزة رونتجن من جامعة جيسن (1961).

إشعاع جاما هو إشعاع كهرومغناطيسي قصير الموجة بطول موجي أقل من أو يساوي 10-8 سم؛ لقد أعلن عن خصائص جسيمية، أي أنه يتصرف مثل تيار من الجسيمات - كمات جاما أو الفوتونات.
إحدى طرق وصف الظواهر الميكانيكية الكمومية؛ يشير إلى مدى سرعة تغير بعض المعلمات التي تميز حالة النظام بمرور الوقت (فيما يتعلق بهذه الحالة، على سبيل المثال، عرض الخط الطيفي).
تجدر الإشارة إلى أن العالم الشاب واجه صعوبة في الحصول على نظير الإيريديوم لإجراء التجارب عليه الزملاء الإنجليز. لقد كانت فترة ما بعد الحرب صعبة في ألمانيا. وكانت العديد من المواد مفقودة، وكذلك الأدوات اللازمة للبحث.
تناقضت النتائج التي تم الحصول عليها مع الأفكار المقبولة آنذاك حول الفلورية النووية الرنانة، على الرغم من أنها لم تثير أي شك حول صحتها. كل ما كان في عداد المفقودين كان التفسير النظريتأثير. وبعد ذلك، بناءً على نصيحة مشرفه، قرأ موسباور مقال دبليو لامب (1939) حول نظرية التفاعل النيوترونات البطيئةمع بلورات. وكما اتضح فيما بعد، يمكن تطبيق نظريته بنجاح على الظاهرة التي لاحظها موسباور. وكانت المفارقة هي أن الباحثين الذين يعملون مع النيوترونات كانوا على دراية كبيرة بعمل لامب هذا، لكن لم يخطر ببالهم تطبيق نتائجه على دراسة مضان جاما؛ في الوقت نفسه، أولئك الذين انخرطوا في تشتت الرنين وامتصاص أشعة جاما لم يتحولوا إلى إنجازات المجال المجاور للفيزياء النووية. ومن خلال تطبيق حسابات لامب على أشعة جاما، تمكن موسباور من شرح نتائجه.
الفونون هو كم من الحركة الاهتزازية للذرات في البلورة.
إن التغير في طاقة التحول النووي، أي طاقة كمية جاما التي تمتصها العينة مقارنة بتلك المنبعثة، المرتبطة باختلاف البيئة الإلكترونية للنواة في العينة والمصدر، يسمى متصاوغًا، أو كيميائيًا، يتم قياسه على أنه قيمة سرعة المصدر الذي يتم عنده ملاحظة الحد الأقصى لامتصاص أشعة جاما.
تفاعل العزم الرباعي للنواة (والذي يُفهم على أنه كمية تميز انحراف التوزيع الشحنة الكهربائيةفي النواة الذرية من نواة متناظرة كرويًا) مع مجال كهربائي غير منتظم يؤدي إلى تقسيم المستويات النووية، ونتيجة لذلك لا يتم ملاحظة خطوط واحدة في أطياف الامتصاص. تسمح دراسة الانقسام الرباعي بالحصول على معلومات حول التكوينات الإلكترونية للذرات والأيونات.
تفاعلات الطور الصلب تحدث محليا في نفس المكان الذي تتشكل فيه الطور الصلب للمنتج.

تم إعداد المقال بدعم من وكالة ترجمة أميرة لهجة. إذا كنت بحاجة إلى ترجمة موثقة، فإن الحل الأفضل هو الاتصال بوكالة ترجمة أميرة-ديالكت. نظرًا لأن عددًا من القنصليات تتطلب ترجمة موثقة للحصول على التأشيرة، فلا يجب أن تضيع وقتك. توظف وكالة ترجمة Amira-Dialect فقط متخصصين مؤهلين تأهيلاً عاليًا في أسرع وقت ممكنسوف تفي بالأوامر بأي تعقيد.

صفحة 1

رنين جاما النووي (NGR) - وهو انبعاث أو امتصاص أشعة جاما بواسطة جسم صلب دون إنتاج فونونات فيه - ليس من الرنينات المغناطيسية.  

يتيح رنين جاما النووي (تأثير موسباور) للمرء الحصول على معلومات قيمة حول بنية الأغلفة الإلكترونية للذرات التي تحتوي على نوى موسباور. العيب الكبير لهذه الطريقة هو العدد المحدود من العناصر المتاحة عمليا للبحث. في هذا العملجرت محاولة للتغلب على هذا القيد باستخدام نتائج قياسات موسباور على نوى Sn119 وSb121 من ذرات القصدير والأنتيمون الموجودة في المركبات، وكذلك على نوى Fe57 من ذرات الحديد الشوائب كمعيار للتطبيق. مقاربات مختلفةفي الحساب النظري للشحنات الفعالة للذرات في المركبات من النوع قيد النظر.  

يكتشف التحليل الطيفي بالرنين النووي لأشعة غاما (مطياف موسباور) الاضطرابات الضعيفة مستويات الطاقةنواة الحديد بواسطة الإلكترونات المحيطة بها. هذا التأثير هو ظاهرة انبعاث أو امتصاص الإشعاع الناعم بدون ارتداد نووي. يحدث التحول النووي الذي يهمنا بطاقة 14 36 كيلو فولت بين الحالتين / 3 / 2 و / 1 / 2 من نظير موسباور 57Fe، حيث / هو الدوران النووي رقم الكم. بالنسبة للبروتين الذي يبلغ وزنه الجزيئي 50000 ويربط ذرة حديد واحدة لكل جزيء، وفي حالة عدم وجود تخصيب نظائري، فإن هذا يتوافق مع وزن عينة يبلغ 25 جم. تحتوي البروتينات متعددة النوى التي تم تناولها هنا على قدر أكبر من الحديد وهي مناسبة تمامًا دراسة بواسطة التحليل الطيفي بالرنين النووي غاما. وقد تمت دراسة أربعة منها على نطاق واسع الأنواع الممكنةالتفاعلات بين نواة 57Fe وبيئتها الإلكترونية: التحول الأيزومري، الانقسام الرباعي، التفاعلات النووية المغناطيسية فائقة الدقة، تفاعلات زيمان النووية.  

إن جوهر رنين جاما النووي، أو ما يسمى بتأثير موسباور، هو أن الكميات المنبعثة أثناء انتقال النواة المثارة إلى الحالة الأرضية يمكن امتصاصها في حالة توازن بواسطة نوى غير مثارة مع انتقال الأخيرة إلى الحالة المثارة. وهناك ظاهرة مماثلة معروفة جيدًا في البصريات التقليدية؛ الشيء المهم الوحيد هو أنه نسبيا دفعة كبيرةمن المتوقع أن يكون لـ y-quanta ارتداد قوي مثل الذي ينبعث منه؛ وعند النواة الماصة وبالتالي استحالة امتصاص الرنين بسبب تأثير دوبلر. أظهر موسباور أنه، على الأقل في نسبة كبيرة من الحالات، يتم امتصاص الارتداد بواسطة البلورة (أو الجزيء الثقيل) ككل صلب، ومن الطبيعي أن يتم إهمال ظاهرة الارتداد.  

تتكون ظاهرة رنين جاما النووي على النوى الذرية من زيادة حادة في احتمال امتصاص أو تشتت كمات جاما مع طاقة مقابلة لإثارة التحولات النووية.  

أظهرت دراسة رنين جاما النووي أن جزيئات الحديد التي تمت دراستها لم تتأكسد.  

باستخدام تحليل حيود الأشعة السينية ورنين جاما النووي، ثبت أن هذا التغيير في البنية البلورية لا يرتبط بتغير في تركيز الكربون في المحلول الصلب، ولكنه ناتج عن التحولات العكسية للذرات الخلالية (الكربون) من ثماني السطوح الفجوات لعيوب الإشعاع. لا تتطلب مثل هذه التحولات انتشار الكربون على مسافات كبيرة - فهي تحدث داخل خلية الوحدة. يؤدي التركيز المتزايد للعيوب النقطية الناتجة عن التشعيع في الشبكة البلورية للمارتنسيت إلى تحفيز انتقال الذرات الخلالية من موضع إلى آخر، وهو ما يكون أكثر ملاءمة بقوة عند درجات حرارة معينة.  

لقد قمنا بمراقبة رنين جاما النووي في عينات من الزجاج الضخم متعدد المكونات الذي يحتوي على القصدير والألياف الزجاجية من نفس النوع. التركيب الكيميائي. التركيبات الزجاجية موضحة في الجدول.  

لقد أجرينا دراسة رنين جاما النووي في مركبات معقدة من الحديد تحتوي على 4-بيوتيرويل - و4-بنزويل - 1 2 3 أنيونات ثلاثي آزول. تم الحصول على الأطياف باستخدام مطياف NGR الميكانيكي باستخدام مصدر Co57 في الكروم.  

لا يمكن معالجة البيانات التجريبية المتعلقة برنين جاما النووي إلا إذا تمت معايرة مطياف NGR بالسرعات وتم تحديد مواقع خطوط الامتصاص لأي مواد مختارة كمعيار. عادة، يتم استخدام المواد التي يمكن تصنيعها وإعادة إنتاجها بسهولة في ظل ظروف مماثلة كمعيار. يجب أن تكون مستقرة، ويجب أن يكون لديها احتمال كبير بما فيه الكفاية للامتصاص - y-quanta دون فقدان الطاقة بسبب الارتداد، ويجب أن يكون أطياف موسباور الخاصة بها عبارة عن خط ضيق، يتميز بتحول صغير في درجة الحرارة.  

على الرغم من أن الانقسام الرباعي يعقد ظهور أطياف رنين جاما النووي (NGR) (الشكل 111 6)، إلا أنه يساعد على استخلاص عدد من الاستنتاجات المهمة حول بنية وتماثل المركبات قيد الدراسة. تم تصنيع هذا المركب (الذي كان بمثابة زبال) باستخدام نظير 1291، وهو منتج تفاعل انشطاري طويل العمر. منظر معقديرجع الطيف إلى الانقسام الرباعي وإلى حقيقة أن اليود يقع في موقعين مختلفين في هذا المركب.  

قمنا بدراسة منهجية بطريقة رنين جاما النووي (NGR) لمركبات القصدير مع عناصر المجموعتين الخامسة والسادسة، وكذلك زجاج أشباه الموصلات الكالكوجينيد في نظام الزرنيخ - السيلينيوم - القصدير من أجل الحصول على معلومات حول الرابطة الكيميائية و الحقول البلورية الداخلية في هذه المركبات.  

يتم إجراء دراسة الخطوط الضيقة باستخدام طريقة رنين جاما النووي، والتي تسمى عادةً مطيافية موسباور. في التين. يوضح الشكل 8.14 إعدادًا تجريبيًا نموذجيًا.  

تعتمد طريقة مطيافية موسباور، والتي تسمى أحيانًا مطيافية رنين جاما النووي (NGR)، على دراسة امتصاص الإشعاع y من نواة المصدر بواسطة نواة من نفس النظير الموجود في العينة قيد الدراسة. يتم استيفاء شروط الرنين فقط عندما يتم أيضًا إزالة تأثير ارتداد النوى أثناء انبعاث وامتصاص y-quanta، كما يتم تعويض تأثير دوبلر أيضًا بطريقة ما. تم تطوير الطريقة على وجه التحديد منذ اللحظة التي تم فيها فهم ذلك، وحتى في وقت سابق، وجد تجريبيًا أنها بسيطة وفريدة من نوعها تقريبًا طريقة حل ممكنةالقضاء على خسائر العائدات.  

طاقة النواة مكممة. عندما تنتقل النواة من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية، تنبعث كمية ذات طاقة. أكثر معنى ممكنهذا اه الطاقة لنواة حرة ضعيفة إلى ما لا نهاية تساويالفرق بين طاقات الأرض والحالات المثارة: . تتوافق العملية العكسية مع امتصاص كمية g ذات طاقة قريبة من .

عندما يتم إثارة مجموعة من النوى المتشابهة إلى نفس المستوى، فإن طاقة الكمات المنبعثة سوف تتميز بانتشار معين حول القيمة المتوسطة.

شكل 1.13 رسم تخطيطي يوضح التحولات الكمومية مع انبعاث وامتصاص الكمات الكهربائية (أ) وظهور خطوط الانبعاث والامتصاص في الحالتين الضوئية (ب) والنووية (ج).

يوصف كفاف نطاق الامتصاص بنفس العلاقة مثل كفاف نطاق البث (الشكل 1.13). ويتضح تأثير الرنين في امتصاص الإشعاع الكهربائي للطيف الضوئي، عندما يكون بصريا الكميات المنبعثة أثناء انتقال إلكترونات الذرات المثارة إلى الذرات الأساسيةيتم امتصاص المستويات الكهربائية بشكل رنين بواسطة مادة تحتوي على ذرات من نفس النوع. وتلاحظ بوضوح ظاهرة امتصاص الرنين الساكن، على سبيل المثال، في بخار الصوديوم.

لسوء الحظ، لم يتم ملاحظة ظاهرة الامتصاص النووي الرنان على النوى الحرة. والسبب هو أن نموذج النوى الضعيفة (الذرات)، عندما يكون فقدان الطاقة للارتداد صغيرًا بالنسبة للرنين البصري، لا ينطبق تمامًا على الرنين النووي. أشعة جاما المنبعثة في التحولات النووية لديها أكثر بكثير طاقة أعلى- 10 ومئات كيلو إلكترون فولت(مقارنة بعدة عشرات من فولت للكميات منطقة مرئية). مع قيم عمر قابلة للمقارنة، وبالتالي قيم قريبة من العرض الطبيعي للمستويات الكهربائية والنووية في الحدث النوويتلعب طاقة الارتداد دورًا أكثر أهمية في الانبعاث والامتصاص:

حيث زخم الارتداد للنواة يساوي في الحجم زخم الكم المنبعث، m هي كتلة النواة (الذرة).

لذلك، في الحالة البصرية، لم يتم ملاحظة الرنين على النوى الحرة (انظر الشكل 1.13 ب و ج). رودولف موسباور، يدرس امتصاص الكميات المنبعثة من نظير الأشعة تحت الحمراء، الموجود في بلورة الأشعة تحت الحمراء، على عكس النبوءات، نظرية الإشعاع، وزيادة التشتت-الكميات عند درجات حرارة منخفضة (T≈77K). وأظهر أن التأثير الملحوظ يرتبط بامتصاص الرنين للكميات بواسطة نوى ذرات الأشعة تحت الحمراء وشرح طبيعته.

في التجارب التي أجريت على تأثير موسباور، لم يتم قياس نطاقات الانبعاث (أو الامتصاص) نفسها، ولكن منحنيات الامتصاص الرنانة (نطاقات موسباور). إن التنفيذ الفريد لطريقة رنين جاما النووي في الكيمياء وفيزياء الحالة الصلبة له ما يبرره من خلال حقيقة أن عرض مكونات نطاق موسباور l خطوط الرنين الفيزيائي أقل من طاقات الرنين المغناطيسيوالتفاعلات الإلكترونية للنواة مع الإلكترونات المحيطة بها. يعد تأثير موسباور وسيلة قوية لدراسة مجموعة واسعة من الظواهر التي تؤثر على هذه التفاعلات.

مخطط بسيط لمراقبة تأثير موسباور في ز هندسة الإرساليتضمن مصدرًا وممتصًا (معيارًا ضيقًا للمادة قيد الدراسة) ومستشعرًا للأشعة السينية (الشكل 1.14).

أرز. 1.14 مخطط تجربة موسباور: 1 - الهزاز الكهروديناميكي، الإعداد معان مختلفةسرعة المصدر 2- مصدر موسباور؛ 3 – ماص يحتوي على نواة نظير موسباور؛ 4 – مستشعر g-quanta الذي يمر عبر جهاز الامتصاص (عادةً ما يكون عدادًا متناسبًا أو مضاعفًا ضوئيًا).

يجب أن يكون لمصدر الأشعة صفات معينة: أن يكون فترة طويلةنصف عمر النواة، في حالة اضمحلالها، تولد نواة النظير الرنان في حالة مثارة. يجب أن تكون طاقة انتقال موسباور منخفضة نسبيًا ( بحيث لا تتجاوز طاقة الارتداد الطاقة اللازمة لإزاحة ذرة وعقدة من الشبكة البلورية) ، يكون خط الانبعاث ضيقًا (وهذا يوفر أعلى دقة) وتكون إمكانية الإشعاع الخالي من الخلفية كبيرة. في معظم الحالات، يتم الحصول على مصدر الكميات g عن طريق إدخال نظير موسباور في مصفوفة الحديد عن طريق التلدين بالانتشار. يجب أن تكون مادة المصفوفة ثنائية أو مغناطيسية (يتم استبعاد الانقسام المغناطيسي للمستويات النووية).

وتستخدم معايير رقيقة على شكل رقائق أو مساحيق كممتصات. عند تحديد السُمك المطلوب للمعيار، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار إمكانية تأثير موسباور (بالنسبة للحديد غير الملون، فإن أفضل سُمك هو ~20 ميكرومتر). أفضل سمك أنا هو نتيجة للتسوية بين الحاجة إلى العمل مع امتصاص ضيقولها أعلى تأثير الامتصاص. لتسجيل الفوتونات التي مرت عبر المعيار، يتم استخدام عدادات التلألؤ والتناسب على نطاق أوسع.

الحصول على نطاق امتصاص الرنين (أو نطاق موسباور) يعني تغيير معيار الرنين، ولهذا السبب من الضروري تعديل طاقة -الكميات. المعمول بها حاليا طريقة تعديل الوقت على أساسبناءً على تأثير دوبلر (في معظم الحالات، يتم تحديد حركة مصدر الأشعة السينية بالنسبة إلى الممتص).

تتغير طاقة الكم g بسبب تأثير دوبلر حسب الكمية

أين - قيمه مطلقهسرعة حركة المصدر بالنسبة إلى الممتص؛ ج – سرعة الضوء في الفراغ. - الزاوية بين اتجاه حركة المصدر واتجاه انبعاث الكميات g.

نظرًا لأنه في التجربة، تدرك الزاوية قيمتين فقط = 0 و، إذن ∆E = (الرمز الموجب يتوافق مع النهج، وسلبية– إزالة المصدر من الممتص).

في حالة غياب الرنين، على سبيل المثال، عندما لا يكون هناك نواة لنظير رنين في المادة الماصة أو عندما تكون سرعة دوبلر عالية جدًا (وهو ما يتوافق مع تدمير الرنين بسبب التكوين الضخم جدًا للطاقة الكمومية)، الجزء الأكبريدخل الإشعاع المنبعث في اتجاه جهاز الامتصاص إلى المستشعر الموجود خلفه.

يتم تضخيم الإشارة الصادرة من المستشعر، ويتم تسجيل النبضات من الكميات الفردية بواسطة المحلل. عادة الرقم المسجل هو - الكميات لفترات زمنية موحدة في مختلف.في حالة الرنين، يتم امتصاص الكميات g وإعادة إصدارها بواسطة جهاز الامتصاص في اتجاهات عشوائية (الشكل 1.14). وفي الوقت نفسه، يتم تصغير كمية الإشعاع التي تدخل إلى المستشعر.

في تجربة موسباور، تم اعتماد شدة الإشعاع المنقول عبر جهاز الامتصاص (عدد النبضات المسجلة بواسطة المستشعر) على السرعة النسبيةمصدر. تأثير الامتصاص تحددها العلاقة

أين هو عدد الكميات g التي يسجلها المستشعر في وقت معين بقيمة سرعة دوبلر (في التجربة استخدام الاتصال السريع المنفصلذ)؛ - نفس الشيء بالنسبة لـ عندما لا يكون هناك امتصاص للرنين. تبعياتها وتحديد شكل منحنى امتصاص الرنين لسبائك ومركبات الحديد وتقع في حدود ±10 مم/ث.

يتم تحديد إمكانية تأثير موسباور من خلال نطاق الفونون للبلورات. في المنطقة ذات درجات الحرارة المنخفضة () يصل الاحتمال إلى قيم قريبة من الوحدة، وفي المنطقة المرتفعة () يكون ضئيلاً جداً. كل الأشياء الأخرى متساوية معايير إمكانية استيعاب بدون خلفيةوهناك المزيد من الإشعاع في البلورات أعلى درجة حرارةديباي (يحدد صلابة الرابطة بين الذرات).

يتم تحديد إمكانية التأثير من خلال نطاق الاهتزازات المرنة للذرات في الشبكة البلورية. يكون خط موسباور شديدًا إذا كانت سعة الاهتزازات الذرية صغيرة مقارنة بالطول الموجي للكمية r، أي. في درجات حرارة منخفضة. في في هذه الحالةيتكون نطاق الانبعاث والامتصاص من نطاق رنين ضيق (عمليات خالية من الخلفية) ومكونات واسعة،بسبب تكوين الحالات الاهتزازية للشبكة أثناء انبعاث وامتصاص g-quanta (عرض الأخير أكبر بمقدار 6 أوامر من عرض نطاق الرنين).

يحدد تباين الرابطة بين الذرات في الشبكة تباين سعة الاهتزازات الذرية، وعلى النحو التالي، إمكانية مختلفة للامتصاص بدون خلفية في اتجاهات بلورية مختلفة. بالنسبة للبلورات المفردة، بهذه الطريقة لا يمكن قياس التبعيات المتوسطة فحسب، بل يمكن أيضًا قياس التبعيات الزاوية.

في تقريب الامتصاص الضيق، تتناسب إمكانية التحولات بدون خلفية مع المساحة الواقعة تحت منحنى الامتصاص الرنيني. يمكن استخدام رنين جاما النووي لدراسة المعلمات الاهتزازية لشبكة صلبة أو ذرات الشوائب في هذه الشبكة. تجربة تجريبية أكثر راحة المعلمة في هذه الحالة هي مساحة النطاق S، لأنإنها ميزة متكاملة ولا تعتمد على شكل نطاق انبعاث الكميات الرنانة والامتصاص الذاتي في المصدر. يتم الحفاظ على هذه المنطقة عندما يتم تقسيم النطاق إلى عدة مكونات نتيجة للتفاعلات فائقة الدقة.

إن نطاق امتصاص الرنين البسيط للممتص الضيق هو خط واحد من شكل لورنتز. شدة الماضي من خلال امتصاص الإشعاع صغير في الحد الأقصىاستيعاب. كمثال في الشكل. يوضح الشكل 1.15 نطاقات موسباور من الحديد النقي.

أرز. 1.15 نطاقات موسباور من الحديد النقي.