СЪДЪРЖАНИЕ: История на откритието Ядрено резонансно поглъщане на гама лъчение Техника на експеримента Мьосбауер Хиперфини взаимодействия и параметри на Мьосбауер Практически приложенияметод: - Фазов анализ в материалознанието и геохимията - Повърхностен анализ - Динамични ефекти

История на откриването на ядрения гама-резонанс (ефект на Мосбауер) Процесът на атомен резонанс в оптичния диапазон на дължина на вълната е добре известен. Той беше предсказан от Д. Рейли и намери своя експериментално потвърждениепрез 1904 г. в известния експеримент на Робърт Ууд, в който Ууд използва жълтата светлина, излъчвана от натриеви атоми (наречени натриеви D линии), която може да се получи чрез поставяне на малко количество готварска сол в пламък. Всяка линия D съответства на естествената честота на вибрациите на натриевия атом или по-точно на външните електрони на този атом. За да се наблюдава резонанс, е необходимо да има други натриеви атоми извън пламъка. Ууд използва вакуумна стъклена бутилка, съдържаща малко количество метален натрий. Налягането на натриевите пари е такова, че при нагряване над стайна температураколичеството натриеви пари в цилиндъра е достатъчно за провеждане на експеримента. Ако светлината от натриевия пламък се фокусира върху балона, може да се наблюдава слабо жълто сияние. Натриевите атоми в колбата действат подобно на настроен камертон. Те поглъщат енергията на падащ лъч жълта светлина и след това я проблясват в различни посоки.

Преди петдесет години, през 1958 г., германският физик Рудолф Лудвиг Мьосбауер от 1958 г., докато работи върху своята докторска дисертация в Института. М. Планк в Хайделберг, представен на нем списание по физикастатия, озаглавена „Ядрено резонансна флуоресценция на гама лъчение в Ir 191“, която беше публикувана в средата на същата година. И още през есента на 1958 г. той извършва първите експерименти, в които използва ефекта на Доплер за сканиране на резонансни линии. В края на 1958 г. той публикува получените експериментални данни, които полагат основите на нов експериментален метод– ядрена гама-резонансна спектроскопия, която често се нарича спектроскопия на Мьосбауер (MS). През 1961 г. за откриването и теоретична основаТова явление донесе на Рудолф Мьосбауер Нобеловата награда по физика.

Влияние на ефекта на отката при поглъщане и излъчване на гама лъчение от ядра Енергия на отката: 57 Fe Доплерова енергия: ET = 14,4 kOe. V, t 1/2 = 98 ns, G = 4,6 · 10 -9 oe. V, → ER~ 2· 10 -3 e. IN

Енергийно разпределение на излъчени и погълнати гама кванти За ядра от свободни атоми За атомни ядра в кристална решетка при ниски температури

Сравнение на основните параметри между електронни и ядрени преходи Параметри на прехода Енергия на прехода, ET (e.V) Среден живот на възбуденото състояние, (sec) Естествена резонансна ширина на линията, Γ=ħ/τ (e.V) Енергийна разделителна способност, G/ET Енергиен откат, ER (e.V) Съотношение ER/G Електронен преход за Na D-линия Ядрен преход 57 Fe Ядрен преход 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

Ядрени параметри на основните изотопи на Мьосбауер Изотоп 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 Естествено съдържание % 2. 17 1. 25 8. 58 57. 25 6. 99 100 нулево 13. 9 47. 8 18. 88 61. 5 100 нулево Разпадане на 57 Co ядрото ( EC 270 d) 61 Co (ß-99 m) 119 m. Sn (IT 50 d) 121 m. Sn (ß-76 y) 125 I (EC 60 d) 127 m. Te (ß-109 d) 129 m. 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 y) EC-улавяне на електрон, ß-бета разпад, IT-изомерен преход, α-алфа разпад

Схеми на радиоактивен разпад, водещи до заселване на нивото на Мьосбауер на ядрата 57 Fe и 119 m. сн

Вероятност за резонансен процес без откат. Коефициент на Lamb-Mössbauer f - вероятността от процеса на поглъщане или излъчване на гама лъчи без откат f - зависи от вибрационните свойства кристална решетка, т.е. върху вероятността за възбуждане на фонове в твърдо тяло - среден квадратосреднени за времето на живот на ядрото във възбудено състояние амплитуди на трептения по посока на гама-квантовото излъчване λ – дължина на вълната на гама-кванта

Влияние на фононните процеси върху абсорбцията или разсейването без откат a b c Вибрационни спектри на решетки твърдо a – модел на Айнщайн, b-модел на Дебай, c- модел на Борн-Карман

Супер тонизираните взаимодействия на параметрите на Месбауер от типа на параметъра на взаимодействието на Месбауер е електрическото монополно изместване между ядрата и δ (mm/s) протоните. Извлечената информация за спиновото състояние на атома (HS, LS, IS) Electrimal окисление степен на окисление APPECTION DEVERUPLE PERFECTION ΔEQ (mm/m/s/m/s/m/s/s/s/m ) Електрическо квадруполно взаимодействие между квадруполния момент на ядрото и нехомогенното електрическо поле Молекулна симетрия Характеристики на лентата структура Спиново състояние на атома (HS, LS, IS) Магнитно разделяне ΔEM(mm/s) Магнитно диполно взаимодействие между магнитния момент на ядрото и магнитно полеПриродата и величината на магнитното взаимодействие (феромагнетизъм, антиферомагнетизъм и др.

Изомерно изместване в съдържащи желязо съединения Когато експериментално измерванеизомерни химични отмествания, винаги е важно кой стандарт се използва, спрямо който ще се определят тези отмествания. Така че за измервания на 57 Fe, официалният стандарт е съединението на този изотоп Na 2 или метално желязо. За 119м. Sn общоприетият стандарт е Sn. O2.

Електрическо квадруполно взаимодействие Четириполно разделяне ΔEQ ΔEQ където: m. I=+I, +I-1, …, -I За 57 Fe Iв=3/2, Io=1/2 при η=0

Комбинирано магнитно диполно и електрическо квадруполно взаимодействие Обикновено за 57 Fe и аксиална симетрия (η=0):

Процесът на разреждане на ядрото 57 Fe след резонансно възбуждане. Тип излъчвана радиация E ke. V Интензитет (относителни единици) Изходна дълбочина Mössbauer радиация 14, 4 0, 10 20 µm Рентгенов K-обвивки 6,4 0,28 20 µm K-преобразуващи електрони 7,3 0,79 10 nm 400 nm L-преобразуващи електрони 13,6 0,08 20 nm 1,3 µm M-преобразуващи електрони…………… 14,3 0,01 20 nm 1,5 µm K – LL – Auger електрони 5,5 0,63 7 nm 400 nm L – MM – Auger електрони 0,53 0,60 1 nm 2 nm

Динамика на свръхфините взаимодействия и релаксация Сред методите за изследване на желязосъдържащите магнитни свойствананочастици, една от най-информативните е спектроскопията на Мьосбауер. За разлика от магнитни измервания, Mössbauer спектроскопията може да разкрие магнитната динамика на наночастиците в честотния диапазон 107 – 1010 s-1, характерен за „прозореца на Mössbauer“. Формата на експерименталните Mössbauer спектри на нискоразмерни обекти става много по-сложна в сравнение със спектрите на масивни обекти. Причините за това могат да бъдат: или суперпозиция на статичен набор от свръхфини структури, поради разликите в локалната среда на резонансните атоми, или влиянието на различни видове динамични процеси (например дифузия, парамагнитни, спин-спинови, спин-решеткова релаксация и др.

Форма на Mössbauer спектри на магнитно подредени материали 1. Случай на добре разрешен ултра фина структура: 2. Случаят на суперпозиция на голям набор от свръхфини структури: 3. Случаят на суперпарамагнитна релаксация: тук е p-вероятността за преориентиране на магнитния момент на атом под ъгъл /2 между осите на лесно намагнитване, q-вероятност за неговото обръщане за единица време

Селективно възбуждане на поднива на магнитната свръхфина структура а) - диаграма на преходите между ядрените поднива на основното и възбудено състояние -Fe, б) експериментален МКЕ спектър за тънък филм-Fe, в) - енергиен спектър на разсеяно лъчение при възбуждане на ниво -3/2, г) енергиен спектър на разсеяно лъчение при възбуждане на ниво +1/2.

а) - абсорбционен спектър на алуминий-заместен гьотит (8 mol%) и селективни спектри на възбуждане (отгоре надолу). в) - абсорбционен спектър на алуминиево-заместен гьотит (2 mol%) и селективни спектри на възбуждане (отгоре надолу). Стрелката показва енергията на вълнуващото излъчване.

същото като ефекта на Мьосбауер.

Вижте стойността Ядрен гама резонансв други речници

Гама- и. Италиански музикална азбука, стълба, рок в музиката, ред, ред на звуците. | Таблица с ноти със значения на пръстите.
Обяснителен речник на Дал

Гама- везни. Третата буква от гръцката азбука. - лъчи, гама лъчи, единици. не (физически) - същото като рентгеново.
Обяснителен речник на Ушаков

Резонанс- М. Френски звук, бръмчене, рай, ехо, напускане, бръмчене, връщане, глас; звучността на гласа, според местоположението, според размера на помещението; звучност, звучност на музикален инструмент, по замисъл........
Обяснителен речник на Дал

Ядрена- ядрен, ядрен (специален). 1. Прил. до ядрото в 1 и 5 цифри. сок. тегло. 2. Прил., по стойност. свързани с атомното ядро ​​или клетъчното ядро ​​(физическо, биологично). Ядрена физика. Ядрена структура на бацилите.
Обяснителен речник на Ушаков

Гама-- 1. Първата част на сложните думи, която въвежда значение: свързана с излъчваното електромагнитно излъчване радиоактивни вещества(гама лъчи, гама спектрометър, гама терапия и др.).
Обяснителен речник на Ефремова

Гама глобулин М.— 1. Един от протеините на кръвната плазма, който съдържа антитела и се използва като лечебно и профилактично лекарство за някои инфекциозни заболявания.
Обяснителен речник на Ефремова

Гама радиация Ср.— 1. Късовълново електромагнитно излъчване, излъчвано от радиоактивни вещества.
Обяснителен речник на Ефремова

Гама квант М.— 1. Квант на гама лъчение.
Обяснителен речник на Ефремова

Гама лъчи Mn.— 1. Същото като: гама-лъчение.
Обяснителен речник на Ефремова

Гама инсталация Дж.— 1. Апарат за използване на насочен, контролиран лъч гама-лъчение.
Обяснителен речник на Ефремова

Резонанс М.— 1. Възбуждане на вибрации на едно тяло от вибрации на друго със същата честота, както и отговорен звук на едно от две тела, настроени в унисон. 2. Възможност за подобряване на......
Обяснителен речник на Ефремова

Гама-- Първата част на сложните думи. Допринася: свързано с електромагнитно излъчване (гама-лъчение), излъчвано от радиоактивни вещества. Гама анализ, гама светкавица,........
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама-астрономия- ) -И; и. Клон от астрономията, свързан с изучаването на космически тела въз основа на тяхното гама лъчение.
Обяснителен речник на Кузнецов

Избухване на гама лъчи-) -А; м. Краткотрайно повишаване на космическото гама-лъчение. Наблюдавайте гама-лъчи.
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама глобулин-) -А; m. Един от протеините на кръвната плазма, съдържащ антитела (използва се като терапевтично и профилактично лекарство за някои инфекциозни заболявания).
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама дефектоскопия- ) -И; и. Метод за изпитване на материали и продукти, базиран на измерване на абсорбцията на гама лъчи, излъчвани от радиоактивни изотопи на метали (използва се за откриване на скрити дефекти).
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама радиация- -аз; ср Phys. Късовълново електромагнитно излъчване, излъчвано от радиоактивни вещества. G. радий.
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама квант- -А; м. Квант на гама лъчение. Поток от гама-кванти. Поглъщане на гама лъчи от атомни ядра.
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама лазер- -А; м. Индукционен генератор на гама лъчение; газьор. Създайте град
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама лъчи- ) -на нея; мн. Phys. = Гама радиация.
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама плътномер-) -А; м. Устройство за измерване на плътността на материята с помощта на гама-лъчение.
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама поле- ) -I; ср
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама спектрометър-) -А; м. Устройство за измерване на енергията (енергийния спектър) на гама лъчение.
Обяснителен речник на Кузнецов

Гама спектроскопия- ) -И; и. Глава ядрена физика, свързан с изследването на спектрите на гама лъчение и различни свойства на възбудените състояния на атомните ядра.
Обяснителен речник на Кузнецов

ЕФЕКТ НА МЬОСБАУЕР
и приложението му в химията

Ново явление, открито през 1958 г. от немския физик Рудолф Лудвиг Мьосбауер, е резонансното поглъщане на гама лъчи от атомните ядра на твърдите тела без промяна вътрешна енергиятяло (или без загуба на част от квантовата енергия поради отката на ядрото в твърдо тяло) - беше наречен ефект на Мьосбауер и доведе до създаването на напълно нова посока на изследване в науката. Основните области на приложение на този ефект са физиката на твърдото тяло и химията.

Предистория на проблема

Идеологическите основи на гама-резонансната спектроскопия започнаха да се оформят отдавна и нейното развитие, разбира се, беше повлияно от основните концепции на оптичната спектроскопия, особено напредъка в областта на така наречената резонансна флуоресценция.
От 1850 г Известно е, че някои газове, течности и твърди вещества (например флуорни съединения) абсорбират електромагнитно излъчване (обикновено видима светлина) и веднага го излъчват отново (явление, наречено флуоресценция). В специален случай, известен като резонансна флуоресценция, погълнатата и излъчената радиация имат еднаква енергия, дължина на вълната и честота.
Първите предположения за съществуването на резонансно разсейване в атомите се появяват в трудовете английски физикДж. У. Рейли, а първите експерименти в тази посока са извършени от известния американски физик експериментатор Р. Ууд през 1902–1904 г. Той използва механични аналогии, за да обясни резонансното разсейване.
Феноменът на резонансната флуоресценция беше добре обяснен от теорията на Н. Бор, която замени старите идеи ( квантов моделатом). Атом, преминаващ от възбудено състояние INкъм основно състояние А, излъчва фотон със строго определена честота. Когато такъв фотон премине през газ, състоящ се от същите атоми като излъчвателя, той може да бъде абсорбиран, карайки един от целевите атоми да премине в състояние IN. След кратък период от време този възбуден целеви атом на свой ред се разпада, излъчвайки фотон със същата честота. По този начин първичното и вторичното излъчване имат еднаква честота, но процесите на абсорбция и последващо излъчване на фотон са независими и няма специфична фазова връзка между падащите и излъчваните вълни.
Много аспекти на явлението резонансно излъчване бяха правилно описани въз основа на теорията на Бор и тогава започващото развитие квантова механика. Пълното описание на процесите на излъчване, абсорбция и резонансна флуоресценция е извършено малко по-късно, в края на 20-те и началото на 30-те години на миналия век. немски физици V.F.Iskopf и J.P.Wigner.
Идеята, че енергийните нива на ядрата са подобни на електронните нива на атомите и преходите между тях, според постулата на Бор, са придружени от излъчване или абсорбция, е изразена за първи път в трудовете на английския физик C.D. Ellis в началото на 20-те години на миналия век. В края на 1920г. Търсенето на съответната флуоресценция на ядрения резонанс е предприето от швейцарския фотохимик Вернер Кун, който работи в Германия от 1927 г. Той показа, че явленията на атомната и ядрената резонансна флуоресценция изглеждат изключително сходни, но има значителни разлики между тях, които правят експериментите с ядра много по-сложни.
В резултат на това едва през 1950 г. учените най-накрая успяха да извършат успешен експеримент върху ядра от злато-198 за първи път и да разберат пречките, които съществуват по този път. Този проблем окончателно е решен само от Mössbauer.

Откритието на Мьосбауер

Какъв точно беше проблемът и как беше решен от Mössbauer ще стане по-ясно, ако погледнем структурата на ядрото.
Сред многото теоретични конструкции стереотипът на атомния модел на Бор привлича вниманието - моделът на "черупката" на атомното ядро ​​М. Гьоперт-Майер и Х. Йенсен, лауреати Нобелова наградапо физика за 1963 г. Според този модел нуклоните в ядрото са разположени на определени енергийни нива, главно по двойки с антипаралелни завъртания (принцип на Паули), а преходите между нивата са придружени от излъчване или поглъщане на гама-кванти. За разлика от електронните нива на състоянията на атомите или молекулите, възбудените състояния на ядрата не живеят дълго (от порядъка на характерното „ядрено време“ ~ 10–23 s) и следователно несигурността в енергията на нивата трябва да са много големи в съответствие с принципа на неопределеността на Хайзенберг.
Всичко това би имало значение само за ядрената физика, но не и за структурната органична химия и вероятно не и за химията като цяло, ако не беше едно важно обстоятелство. А именно: има и дългоживеещи възбудени ядра, чийто излишък на енергия не се проявява толкова бързо, колкото при нормални преходинуклони от едно състояние в друго. Такива ядра се наричат изомери, те имат еднакъв заряд и масови числа, но различна енергия и различен живот. Ядрената изомерия е открита от О. Ган (1921) при изучаване на бета-разпадането на торий-234 и И. В. Курчатов с колегите си Л. В. Мисовски и Л. И. Русинов при наблюдение на изкуствената радиоактивност на бромните ядра (1935–1936). Теория ядрена изомерияе разработен от K.F. фон Вайцзекер през 1936 г
Това е продължителността на живота на метастабилните състояния на ядрата (изомери). ключова роляпри формирането на спектрални линии на гама-спектроскопия. Съгласно същия принцип на неопределеността на Хайзенберг, неопределеността в енергията на нивата и следователно естествената ширина на спектралната линия трябва да бъде изключително малка. По-специално, просто изчисление, използващо примера на изотопа желязо-57, показва незначителна стойност от порядъка на 5–10–9 eV. Именно тази безпрецедентна тяснота на спектралните линии причини провала на цялата работа преди Мьосбауер.
Ученият в известната си работа, озаглавена „Резонансно поглъщане на g-кванти в твърди тела без откат“, пише за това: „Гама-квантите, излъчвани по време на прехода на ядрото от възбудено състояние към основно състояние, обикновено не са подходящи за преобразуване на същото ядро ​​от основно състояние до възбудено състояние чрез обратния процес на резонансно поглъщане. Това е следствие от загубата на енергия на отката, която -квантът изпитва по време на процеса на излъчване или поглъщане поради факта, че прехвърля импулса на отката към излъчващия или поглъщащия атом. Тези загуби на енергия, дължащи се на откат, са толкова големи, че линиите на емисия и абсорбция са значително изместени една спрямо друга. В резултат на това резонансната абсорбция (или флуоресценция), както отбеляза той, обикновено не се наблюдава в рентгеновите лъчи. За да може да се наблюдава резонансно поглъщане на гама лъчи, е очевидно, че трябва изкуствено да се създадат условия, така че линиите на излъчване и поглъщане да се припокриват.
Така още през 1951 г. P.B. Moon от университета в Бирмингам (Англия) предлага да се компенсира отката на ядрата по време на излъчване чрез механично преместване на източника, докато се движи към ядрата приемник. В този случай кинетичната енергия на движението на източника се добавя към енергията на гама кванта и следователно е възможно да се избере скорост, при която състоянието на резонанс се възстановява напълно. Но няколко години по-късно Мьосбауер неочаквано намира по-прост начин за решаване на този проблем, при който загубата на откат е предотвратена от самото начало. Ученият постигнал флуоресценцията на гама лъчи, използвайки атоми като техен източник радиоактивен изотопметален иридий-191.
Иридият е кристално твърдо вещество, така че излъчващите и абсорбиращите атоми заемат фиксирана позиция в кристалната решетка. Охлаждане на кристалите течен азот, Mössbauer беше изненадан да установи, че флуоресценцията се увеличи значително. Изучавайки това явление, той установи, че отделни ядра, излъчващи или поглъщащи гама лъчи, предават импулса на взаимодействие директно към целия кристал. Тъй като кристалът е много по-масивен в сравнение с ядрото, благодарение на силно взаимодействиеатоми в твърди тела, енергията на отката не се прехвърля към отделно ядро, а се преобразува в вибрационна енергия на кристалната решетка; в резултат на това не се наблюдава изместване на честотата на излъчените и погълнати фотони. В този случай линиите на излъчване и поглъщане се припокриват, което дава възможност да се наблюдава резонансното поглъщане на гама-лъчите.
Това явление, което Мьосбауер нарече „еластично ядрено резонансно поглъщане на гама-лъчение“, сега се нарича ефект на Мьосбауер. Както всеки ефект, който възниква в твърдо тяло, той зависи от кристалната структура на веществото, температурата и дори наличието на най-малките примеси. Ученият също показа, че потискането на ядрения откат с помощта на открития от него феномен прави възможно генерирането на гама лъчи, чиято дължина на вълната е постоянна с точност до една милиардна (= 10–9 cm). На фиг. Фигура 1 показва диаграма на неговата експериментална настройка.
Всъщност Пълно описаниеЕфектът на Мьосбауер изисква използването на знания от различни клонове на квантовата механика, така че в тази статия се фокусирахме само върху най- общи разпоредбинеговия подход.

В последващи експерименти (след иридий са изследвани други обекти: 187 Re, 177 Hf, 166 Er, 57 Fe и 67 Zn, в които също се наблюдава резонансно поглъщане без откат), Мьосбауер окончателно потвърди правилността на обяснението на ефекта на наблюдавана от него резонансна гама флуоресценция без откат и в същото време дава основата на експерименталната методология за всички последващи изследвания на това явление.
Чрез изучаване на изместването на емисионните и абсорбционните линии може да се получи изключително полезна информацияза структурата на твърдите тела. Изместванията могат да бъдат измерени с помощта на Mössbauer спектрометри (фиг. 2).

Ориз. 2. Опростена диаграма Спектрометър на Мьосбауер

Източникът на гама-кванти с помощта на механично или електродинамично устройство се привежда в възвратно-постъпателно движение със скорост спрямо абсорбера. С помощта на детектор за гама лъчение се измерва скоростната зависимост на интензитета на потока гама лъчи, преминаващ през абсорбера.
Всички експерименти за наблюдение на спектрите на Мьосбауер се свеждат до наблюдение на зависимостта на абсорбцията (по-рядко разсейването) на гама-лъчите в изследваната проба от скоростта на движение на тази проба спрямо източника. Без да навлизаме в подробности за дизайна на различни експериментални съоръжения, трябва да се отбележи, че класическият дизайн на Mössbauer спектрометър включва следните основни елементи: източник на радиация, абсорбер, система за преместване на източника спрямо абсорбера и детектор.

Общи приложенияметод

След публикуването на първата статия на Мьосбауер, отне около година, преди други лаборатории да започнат да повтарят и разширяват неговите експерименти. Първите експерименти за проверка са проведени в САЩ (Лос Аламос научна лабораторияи Националната лаборатория в Аргон). Нещо повече, интересното е, че изследванията в лабораторията в Лос Аламос започват със залог между двама физици, единият от които не вярва в откритието на Мьосбауер, а другият повтаря неговия експеримент и така печели облога (те наблюдават гама линия при 67 Zn). Значително нарастване на публикациите по тази тема се наблюдава след откриването на ефекта на Мьосбауер в 57 Fe, извършено независимо и в Харвардския университет, Националната лаборатория в Аргон и т.н. Лекотата, с която ефектът може да се наблюдава в 57 Fe, неговата огромна големина и присъствието му до температури над 1000 °C, направиха тази област на изследване достъпна дори за лаборатории с много скромно оборудване.
Физиците скоро откриха, че с помощта на ефекта на Мьосбауер е възможно да се определят продължителността на живота на възбудените състояния на ядрата и размерите на самите ядра, точните стойности на магнитните и електрическите полета в близост до емитерните ядра и фононните спектри на твърдите тела . За химиците най-важните два параметъра се оказаха химическото изместване на резонансния сигнал и така нареченото квадруполно разделяне.
В резултат на това във физиката на твърдото тяло най-голямо развитие получиха изследванията, използващи ефекта на Мьосбауер на магнитната структура и магнитните свойства на елементите и съединенията, особено на сплавите. Особено забележим напредък в тази посока е постигнат в работата върху редкоземните елементи. Втората най-важна област на изследване беше изследването на динамиката на кристалната решетка.
В химията нещата бяха съвсем различни. Както се оказа, използвайки сигнали от гама-резонансна спектроскопия, е възможно да се направят определени изводи за електрическото поле в центъра на атома и да се решат проблеми, характерни за химията, свързани с природата химическа връзка. Спектроскопията на Мьосбауер направи възможно решаването на много структурни проблеми химични съединения, той е намерил своето приложение в химическата кинетика и радиационната химия. Този метод се оказа незаменим при определяне на структурите на биологични макромолекули с особено големи молекулни тегла.
Трябва да се добави, че гама-резонансната спектроскопия се оказа невероятна висока чувствителност(5–6 порядъка по-високи, отколкото при ядрено-магнитния резонанс), следователно може да се разбере вълнението на химиците в началото на 1960-1970-те години. Страстите обаче малко утихнаха, когато химиците свикнаха със ситуацията и разбраха ограниченията при използването на метода. В частност В. И. Голдански в своята книга, посветена на приложенията на ефекта на Мьосбауер в химията, пише: „Основните обекти на приложение на ефекта на Мьосбауер в химията, очевидно, са органоелементни съединения и комплексни съединения. В областта на органоелементните съединения, сравнението на общата природа на елементарно-въглеродните връзки, което се различава значително за преходните метали и металите от основните групи, е от значителен интерес. Но оттогава изминаха 30 години и гама-резонансната спектроскопия потвърди обещаващата си употреба за голямо разнообразие от цели и обекти на химията.

Химически приложения на метода

Позицията на резонансния сигнал зависи от електронната среда, в която се намира ядрото, излъчващо кванта. Получаването на нов тип физическа информация за електронната среда на ядрата несъмнено винаги е представлявало значителен интерес за химията.
Разрешаване на въпроси за природата на химичните връзки и структурата на химичните съединения.Тъй като основните параметри на спектрите на Мьосбауер - като химически отмествания и квадруполни разделяния - до голяма степен се определят от структурата на валентността електронни обвивкиатоми, тогава първата естествена възможност за химическо приложение на този ефект е да се изследва природата на връзките на тези атоми. В този случай най-простият подход към проблема беше да се разграничат два вида връзки - йонни и ковалентни - и да се оцени приносът на всяка от тях. Но трябва да се отбележи, че това е най-простият подход, тъй като не трябва да забравяме, че самото разграничаване на химичните връзки на йонни и ковалентни е доста грубо опростяване, тъй като не взема предвид образователни възможности, например, донорно-акцепторни връзки, връзки, включващи многоцентрови орбити (в полимери) и други, открити през последните десетилетия.
Параметър като химическо изместване може да бъде свързан със степента на окисление на елементарните атоми в молекулите на изследваните вещества. Корелационните диаграми на изомерните (химични) отмествания на 57Fe за железни съединения са особено добре разработени. Както е известно, желязото е неразделна част от много биосистеми, по-специално хемопротеини и системи с непротеинова природа (например, съдържащи се в микроорганизмите). В химията на жизнените процеси важна роля играят окислително-възстановителните реакции на комплексите на порфириново желязо, в които желязото също се намира в различни валентни състояния. Биологичната функция на тези съединения може да бъде разкрита само когато е налична подробна информация за структурата на активния център и електронни състоянияжелязо на различни етапи от биохимичните процеси.
Както е споменато по-горе, важни обектиПриложенията на ефекта на Мьосбауер в химията са елементоорганични и комплексни съединения. В областта на органоелементните съединения, сравнението на общия характер на елементарно-въглеродните връзки, които са много различни за преходните метали и металите от основните групи (например работата на A.N. Nesmeyanov), представлява значителен интерес.
По този начин, използвайки ефекта на Mössbauer, бяха направени сравнения на ацетиленидни комплекси на редица преходни метали. Особено успешни изследвания са проведени за метални циклопентадиенилиди M(C 5 H 4) 2, по-специално подобни на фероцен „сандвич“ структури.
Важно приложение на този ефект е изясняването на структурата на железния додекакарбонил. Резултатите от предварителните рентгенови дифракционни изследвания показват, че железните атоми са локализирани в ъглите на триъгълника в тези молекули. Ето защо отне толкова много време, за да се съгласуват тези резултати със спектрите на Mössbauer на железен додекакарбонил, тъй като последният изключва всякаква симетрична триъгълна структура. Повтарящите се експерименти едновременно с помощта на методите на рентгенов дифракционен анализ и спектроскопия на Мьосбауер показаха, че изборът определено може да бъде направен само върху линейни структури.
Особено отбелязваме използването на ефекта на Мьосбауер при определяне на структурите на биомолекулите. Понастоящем структурата на протеините се определя почти изключително чрез рентгенова дифракция върху монокристали на тези протеини (вижте за това: Директни методи в рентгеновата кристалография. Химия, 2003, № 4).
Въпреки това, този метод има ограничения поради молекулно теглосистеми, които се изучават. Например, молекулното тегло от 150 000 g/mol, което има гама имуноглобулин, е горен лимитда се определи структурата по метода на последователните изоморфни замествания. За протеини с по-високо молекулно тегло (например каталаза, хемоцианин, вирус на тютюнева мозайка и др.) е необходимо да се използват други методи. Именно тук методът за резонансно разсейване на гама лъчение без откат върху ядра 57 Fe се е доказал успешно. Този метод използва интерференция между гама-лъчение, разпръснато върху електронните обвивки на всички атоми в кристала и върху някои 57Fe ядра, вградени в кристала на специфични позиции в елементарната клетка (разсейване на Мьосбауер).
Химична кинетика и радиационна химия.Наред с въпросите за структурата на химичните съединения, ефектът на Мьосбауер се използва активно в химическата кинетика и радиационната химия. В допълнение към възможността за директно получаване на кинетични криви изцяло в един експеримент (на базата на честотата на вземане на проби при някаква фиксирана характерна скорост на движение), наблюденията на нестабилни междинни продукти са особено интересни тук. Когато се провеждат реакции в течна фаза, става необходимо да се спре процеса чрез замразяване на сместа за всяко наблюдение на спектъра на Мьосбауер. В случай на топохимични процеси (особено за радиационно-топохимични процеси) е възможно непрекъснато наблюдение на промените в спектъра на Мьосбауер по време на реакцията.
Несъмнено трябва да се споменат и други доста обещаващи приложения на спектроскопичния метод на Мьосбауер. На първо място, този ефект се превърна в полезен инструмент за решаване на редица проблеми във физическата химия на полимерите, по-специално проблема със стабилизирането на полимера. Използва се и като анализатор в метода на тагирания атом. По-специално бяха проведени експерименти за изследване на метаболизма на желязото, включено в червените кръвни клетки на бозайниците и в митохондриите на бактериите.

Послеслов

Разбира се, методът на спектроскопията на Mössbauer не е толкова широко използван в химичните изследвания, колкото, например, добре познатите методи на ЯМР, инфрачервена и масова спектроскопия. Това се дължи както на ниската наличност и сложност на оборудването, така и на ограничения кръг от обекти и задачи за решаване. В края на краищата, самият ефект се наблюдава върху ядрата на не всички елементи и изотопи9. Използването му обаче е много уместно в комбинация с други методи на изследване, особено радиоспектроскопия.
IN последните годиниРазработени са изследвания на Mössbauer спектрите при високи налягания. Въпреки че последните имат сравнително слаб ефект върху електронните обвивки на атомите, въпреки това, параметрите на спектрите на Мьосбауер, измерени в зависимост от пренасянето на налягането нова информациявърху взаимодействието на ядрото с електронната среда. В сравнение с други методи, Mössbauer спектроскопията при изследвания с високо налягане е още по-чувствителна към енергийните промени.

ЛИТЕРАТУРА

Р.Л. Rckstossfreie Kernresonanzabsorption von Gammastrahlung. Nobelvortrag 11 декември 1961. Le Prix Nobel en 1961. Стокхолм: Impremerie Royale P.A.Norstedt & Sner, 1962,
С. 136–155;
Голдански В.И.. Ефект на Мосбауер. М.: Издателство на Академията на науките на СССР, 1963 г.;
Mössbauer R.L.Резонансно ядрено поглъщане на -кванти в твърди тела без откат. Успехи на физическите науки, 1960, т. 72, бр. 4, стр. 658–671.

МЬОСБАУЕР Рудолф Лудвиг(р. 31.I.1929) е роден в Мюнхен (Германия) в семейството на фотографския техник Лудвиг Мьосбауер и съпругата му Ерна, родена Ернст. След като получава първоначалното си средно образование в едно от крайградските училища на Мюнхен (район Пасинг), той постъпва в гимназията, която завършва през 1948 г.
След това Мьосбауер работи една година в оптична компания и след като подава документи във физическия отдел на Висшето техническо училище в Мюнхен (сега Технически университет), през 1949 г. е записан като студент. През 1952 г. получава бакалавърска степен, през 1955 г. завършва магистърска степен, а през 1958 г., след защита на дисертация, получава докторска степен по философия.
Докато завършва дисертацията си през 1953–1954 г. младежът е работил като учител по математика в математическия институт в гр Алма матер. След дипломирането си от 1955 до 1957 г. е асистент в Института по физика на медицинските изследвания на името на. М. Планк в Хайделберг, а през 1959 г. става асистент в Техническия университет в Мюнхен.
Докторската дисертация, в която е открит ефектът, носещ неговото име, е направена от учения под ръководството на известния мюнхенски физик Х. Майер-Лайбниц.
Първоначално резултатите, получени от Mössbauer, не бяха подкрепени от повечето учени и бяха поставени под въпрос. Въпреки това, година по-късно, след като признаха потенциалната важност на този ефект, някои от неговите противници напълно потвърдиха тяхната валидност с експерименталните си изследвания. Скоро важността на откритието беше призната от всички физици, „ефектът на Мосбауер“ се превърна в сензация и десетки учени от различни лаборатории по света започнаха да работят в тази област.
През 1961 г. Мьосбауер получава Нобелова награда по физика „за изследването си на резонансното поглъщане на гама лъчение и откриването в тази връзка на ефекта, който носи неговото име“.
Мьосбауер трябваше да стане професор в Техническия университет в Мюнхен, но, разочарован от бюрократичните и авторитарни принципи на организационните структури на германските университети, той, като си взе отпуск в Хайделберг през 1960 г., замина за САЩ в Калифорнийския институт по Технология с научен грант. На следващата година той получава званието професор там.
През 1964 г. ученият се завръща в родината си и оглавява Физически факултетТехнически университет в Мюнхен, трансформирайки го според вида организационни структуриамерикански университети. Някои учени шеговито наричат ​​тази промяна в структурата на немски академично образование„втори ефект на Мьосбауер“. Работи в университета до 1971 г.
През 1972–1977г Мьосбауер ръководи института Макс Лауе-Пол Ланжевен в Гренобъл (Франция). През 1977 г. се завръща в Алма матер, където продължава да работи като професор по физика и същевременно научен директор на институт, специално създаден за разработване на проблеми в областта на Мьосбауер спектроскопията и Мьосбауерографията. През 1980–1990 г. ръководи проекта Mössbauer-Parak-Hoppe за изследване на дифракцията на гама-квантите на Mössbauer от биологични обекти(мосбауерография на протеин).
През 1957 г. ученият се жени за Елизабет Приц, дизайнер. Двойката има един син и две дъщери.
Mössbauer е член на Американското, Европейското и Германското физическо дружество, Индийската академия на науките и Американската академия на изкуствата и науките. Ученият е удостоен с почетни докторски степени от университетите в Оксфорд, Лестър и Гренобъл.
В допълнение към Нобеловата награда Мьосбауер получава награда за научни постижения от Американската изследователска корпорация (1960 г.) и медала Е. Гресън от Института Франклин (1961 г.). Той също така е носител на наградата Рентген на университета в Гисен (1961).

Гама-лъчението е късовълново електромагнитно излъчване с дължина на вълната по-малка или равна на 10–8 cm; има изразени корпускулярни свойства, т.е. държи се като поток от частици - гама кванти или фотони.
Един от начините за описание на квантово-механичните явления; показва колко бързо се променят определени параметри, характеризиращи състоянието на системата във времето (по отношение на този случай, например, ширината на спектралната линия).
Трябва да се отбележи, че младият учен е имал трудности при получаването на този изотоп на иридий за експерименти от английски колеги. Беше трудно следвоенно време в Германия; Липсваха много вещества, както и инструменти, необходими за изследване.
Получените резултати противоречат на възприетите тогава идеи за резонансна ядрена флуоресценция, но не предизвикват съмнения в тяхната коректност. Всичко, което липсваше, беше теоретична интерпретацияефект. След това, по съвет на своя ръководител, Mössbauer прочете статията на W. Lamb (1939) за теорията на взаимодействието бавни неутронис кристали. Както се оказа, неговата теория може да бъде успешно приложена към явлението, наблюдавано от Мьосбауер. Парадоксът беше, че изследователите, работещи с неутрони, бяха много запознати с тази работа на Ламб, но не им хрумна да приложат резултатите от нея към изследването на гама флуоресценцията; в същото време тези, които се занимават с резонансно разсейване и поглъщане на гама-лъчи, не се обръщат към постиженията на съседната област на ядрената физика. Прилагайки изчисленията на Ламб към гама лъчите, Мьосбауер успява да обясни своите резултати.
Фононът е квант на вибрационно движение на кристални атоми.
Промяната в енергията на ядрения преход, т.е. енергията на гама кванта, погълната от пробата в сравнение с излъчената, свързана с разликата в електронната среда на ядрата в пробата и източника, се нарича изомерна, или химическо, изместване и се измерва като стойността на скоростта на източника, при която се наблюдава максимално поглъщане на гама лъчи.
Взаимодействието на квадруполния момент на ядрото (което се разбира като количество, характеризиращо отклонението на разпределението електрически зарядв атомното ядро ​​от сферично симетрично) с нееднородно електрическо поле води до разделяне на ядрените нива, в резултат на което в спектрите на поглъщане се наблюдават не една, а няколко линии. Изследването на квадруполното разделяне позволява да се получи информация за електронните конфигурации на атомите и йоните.
Твърдофазови реакции, протичащи локално на същото място, където се образува твърдата фаза на продукта.

Статията е подготвена с подкрепата на преводаческа агенция Амира-Диалект. Ако имате нужда от нотариално заверен превод, най-доброто решение би било да се свържете с преводаческа агенция Амира-Диалект. Тъй като редица консулства изискват нотариално заверен превод за получаване на виза, не бива да си губите времето. В преводаческа агенция Амира-Диалект работят само висококвалифицирани специалисти, които възможно най-скороще изпълнява поръчки с всякаква сложност.

Страница 1

Ядреният гама резонанс (NGR) - излъчването или поглъщането на гама лъчи от твърдо тяло без производство на фонони в него - не е един от магнитните резонанси.  

Ядреният гама-резонанс (ефект на Мьосбауер) позволява да се получи ценна информация за структурата на електронните обвивки на атомите, съдържащи ядра на Мьосбауер. Съществен недостатък на метода е ограниченият брой практически достъпни за изследване елементи. IN тази работаБеше направен опит да се преодолее това ограничение, като се използват резултатите от измерванията на Mössbauer върху ядрата Sn119 и Sb121 на атомите на калай и антимон, включени в съединенията, както и върху ядрата Fe57 на атомите на примесите на желязо като критерий за приложимост различни подходипри теоретичното изчисляване на ефективните заряди на атомите в съединенията от разглеждания тип.  

Спектроскопията с ядрен гама-резонанс (спектроскопия на Mössbauer) открива слаби смущения енергийни ниважелезни ядра от околните електрони. Този ефект е феноменът на излъчване или поглъщане на меко v-лъчение без ядрен откат. Интересуващият ни ядрен преход с енергия 14 36 keV се осъществява между състоянията / 3 / 2 и / 1 / 2 на изотопа на Мьосбауер 57Fe, където / е ядреният спин квантово число. За протеин с молекулно тегло 50 000, който свързва 1 железен атом на молекула и при липса на изотопно обогатяване, това съответства на тегло на проба от 2 5 g. Многоядрените протеини, разглеждани тук, съдържат много повече желязо и са доста подходящи за изследване чрез спектроскопия с ядрен гама-резонанс. Четири са широко проучени възможни видовевзаимодействия между ядрото 57Fe и неговата електронна среда: изомерно изместване, квадруполно разделяне, ядрено-магнитни хиперфини взаимодействия, ядрени взаимодействия на Zeeman.  

Същността на ядрения гама-резонанс или така наречения ефект на Мьосбауер е, че квантите, излъчени по време на прехода на възбудено ядро ​​в основно състояние, могат да бъдат погълнати в равновесие от невъзбудени ядра с прехода на последното във възбудено състояние. Подобно явление е добре известно в конвенционалната оптика; единственото важно нещо е, че със сравнително голям импулсможе да се очаква силен откат от у-кванти, като този, който излъчва; и в абсорбиращата сърцевина и по този начин невъзможността за резонансна абсорбция поради ефекта на Доплер. Mössbauer показа, че поне в значителна част от случаите отката се абсорбира от кристала (или тежка молекула) като твърдо цяло и феноменът на отката естествено може да бъде пренебрегнат.  

Явлението ядрен гама-резонанс върху атомните ядра се състои в рязко увеличаване на вероятността от поглъщане или разсейване на гама-кванти с енергия, съответстваща на възбуждането на ядрени преходи.  

Изследване с ядрен гама-резонанс показа, че изследваните железни частици не са окислени.  

С помощта на рентгенов дифракционен анализ и ядрен гама-резонанс беше установено, че тази промяна в кристалната структура не е свързана с промяна в концентрацията на въглерод в твърдия разтвор, а е причинена от обратими преходи на интерстициални атоми (въглерод) от октаедрични междини до радиационни дефекти. Такива преходи не изискват дифузия на въглерод на значителни разстояния - това се случва в единичната клетка. Повишената концентрация на точкови дефекти, създадени от облъчване в кристалната решетка на мартензита, стимулира преходите на интерстициалните атоми от една позиция в друга, което е енергийно по-благоприятно при дадени температури.  

Извършихме наблюдения на ядрен гама-резонанс в проби от различни масивни многокомпонентни стъкла, съдържащи калай и стъклени влакна от същото химичен състав. Съставите на стъклото са дадени в таблицата.  

Проведохме изследване на ядрен гама-резонанс в комплексни съединения на желязото с 4-бутироил - и 4-бензоил - 1 2 3-три-азол аниони. Спектрите са получени на механичен NGR спектрометър с използване на източник на Co57 в хром.  

Обработката на експериментални данни за ядрен гама-резонанс е възможна само ако NGR спектрометърът е калибриран по скорости и са определени позициите на абсорбционните линии на всяко вещество, избрано като стандарт. Обикновено като стандарт се използват вещества, които могат да бъдат доста лесно произведени и възпроизведени при еднакви условия. Те трябва да са стабилни, трябва да имат достатъчно голяма вероятност за поглъщане - y-кванти без загуба на енергия поради откат, техните спектри на Мьосбауер трябва да са тясна линия, характеризираща се с малко температурно изместване.  

Въпреки че квадруполното разделяне усложнява появата на спектрите на ядрен гама резонанс (NGR) (фиг. 111 6), то помага да се направят редица важни заключения относно структурата и симетрията на изследваните съединения. Това съединение (което служи като чистач) е синтезирано с помощта на изотопа 1291, дълготраен продукт от реакцията на делене. Комплексен изгледспектърът се дължи както на квадруполното разделяне, така и на факта, че йодът е разположен в две различни позиции в това съединение.  

Предприехме системно изследване по метода на ядрения гама-резонанс (NGR) на калаени съединения с елементи от пета и шеста група, както и халкогенидни полупроводникови стъкла в системата арсен - селен - калай, за да получим информация за химическата връзка и вътрешни кристални полета в тези съединения.  

Изследването на тесни линии се извършва с помощта на метода на ядрения гама-резонанс, който обикновено се нарича Mössbauer спектроскопия. На фиг. Фигура 8.14 показва типична експериментална настройка.  

Методът на Mössbauer спектроскопия, понякога наричан ядрена гама-резонансна спектроскопия (NGR), се основава на изследването на абсорбцията на y-лъчение от ядро ​​източник от ядро ​​на същия изотоп, намиращ се в изследваната проба. Условията за резонанс са изпълнени само когато ефектът на отката на ядрата по време на излъчването и поглъщането на y-кванти също е елиминиран и ефектът на Доплер също е компенсиран по някакъв начин. Методът е разработен именно от момента, в който това се разбира, а още по-рано експериментално е установено, че е прост и почти уникален възможен начинелиминиране на загубите на възвръщаемост.  

Енергията на ядрата е квантована. Когато едно ядро ​​преминава от възбудено състояние в основно състояние, се излъчва -квант с енергия. | Повече ▼ възможно значениетова ъъъ енергия за безкрайно хилаво свободно ядро ​​е равна наразликата между енергиите на неговото основно и възбудено състояние: . Обратният процес съответства на поглъщането на g-квант с енергия, близка до .

Когато набор от подобни ядра се възбуди до едно и също ниво, енергията на излъчените кванти ще се характеризира с известно разпространение около средната стойност.

Фиг. 1.13 Диаграма, илюстрираща квантови преходи с емисия и абсорбция на електрически кванти (а) и появата на емисионни и абсорбционни линии в оптичен (b) и ядрен (c) случай.

Контурът на лентата на поглъщане се описва със същата зависимост като контура на лентата на излъчване (фиг. 1.13). Ясно е, че ефектът от резонансното поглъщане на електрическото излъчване на оптичния спектър, когато оптични кванти, излъчвани по време на прехода на електрони от възбудени атоми към подлежащиЕлектрическите нива се поглъщат резонансно от вещество, съдържащо атоми от същия тип. Явлението на статично резонансно поглъщане се наблюдава ясно, например, в натриевите пари.

За съжаление, феноменът на резонансно ядрено поглъщане на свободни ядра не се наблюдава. Причината е, че моделът на бавните ядра (атоми), когато загубите на енергия при откат са малки спрямо, е валиден за оптичния резонанс и е напълно неприложим за ядрения резонанс. Гама лъчи, излъчвани при ядрени преходи имат значително повече по-висока енергия– 10s и стотни keV(в сравнение с няколко десетки eV за кванти видима зона). Със сравними стойности на живота и, съответно, близки стойности на естествената ширина на електрическите и ядрените нива в ядрено събитиеЕнергията на отката играе още по-важна роля в емисиите и абсорбцията:

където е импулсът на отката на ядрото, равен по големина на импулса на излъчения квант, m е масата на ядрото (атома).

Следователно в оптичния случай не се наблюдава резонанс върху свободните ядра (виж фиг. 1.13 b и c). Рудолф Мьосбауер, изучавайки поглъщането на -квантите, излъчвани от изотопа Ir, установи в кристала Ir, противно на пророчествата, че теория на радиацията, повишено разсейване-кванти при ниски температури (T≈77K). Той показа, че наблюдаваният ефект е свързан с резонансното поглъщане на -кванти от ядрата на атомите Ir и обясни природата му.

При експерименти върху ефекта на Мьосбауер не се измерват самите ленти на излъчване (или абсорбция), а резонансните криви на абсорбция (обхвати на Мьосбауер). Уникалното прилагане на метода на ядрения гама-резонанс в химията и физиката на твърдото тяло е оправдано от факта, че ширината на компонентите на обхвата на Mössbauer l физическите резонансни линии са по-малки от енергиите на магнитнитеи електронни взаимодействия на ядрото с електроните около него. Ефектът на Мьосбауер е мощен начин за изследване на широк спектър от явления, които влияят на тези взаимодействия.

Проста схема за наблюдение на ефекта на Мьосбауер в g геометрия на трансмисиятавключва източник, абсорбер (тесен стандарт на изследвания материал) и сензор за g-лъчи (фиг. 1.14).

Ориз. 1.14 Схема на експеримента на Мьосбауер: 1 – електродинамичен вибратор, настройка различни значенияскорост на източника; 2 – източник Мьосбауер; 3 – абсорбер, съдържащ ядра на изотопа на Мьосбауер; 4 – сензор за g-кванти, преминаващи през абсорбера (обикновено пропорционален брояч или фотоумножител).

Източникът на лъчи трябва да притежава определени качества: да има дълъг периодполуживот на ядрото, в случай на разпадането му се ражда ядро ​​на резонансен изотоп във възбудено състояние. Енергията на прехода на Mössbauer трябва да бъде относително ниска ( така че енергията на отката да не надвишава енергията, необходима за изместване на атом и възел на кристалната решетка), емисионната линия е тясна (това осигурява най-високата разделителна способност) и възможността за излъчване без фон е голяма. Източникът на g-кванти в повечето случаи се получава чрез въвеждане на изотоп на Mössbauer в желязна матрица чрез дифузионно отгряване. Материалът на матрицата трябва да бъде диа- или парамагнитен (магнитното разделяне на ядрените нива е изключено).

Като абсорбери се използват тънки стандарти под формата на фолио или прахове. При определяне на необходимата дебелина на стандарта е необходимо да се вземе предвид възможността за ефекта на Мьосбауер (за неоцветено желязо най-добрата дебелина е ~20 µm). Най-добра дебелина I е резултат от компромис между необходимостта да се работи с тесен абсорбатори имат най-висок абсорбиращ ефект. За регистриране на фотони, преминаващи през стандарта, по-широко се използват сцинтилационни и пропорционални броячи.

Получаването на резонансен диапазон на поглъщане (или диапазон на Мьосбауер) предполага промяна на резонансния критерий, поради което е необходимо да се модулира енергията на -квантите. Приложимо в момента базиран на метод на времева модулациявъз основа на ефекта на Доплер (в повечето случаи се определя движението на източника на g-лъчи спрямо абсорбера).

Енергията на g-кванта поради ефекта на Доплер се променя с количеството

Където - абсолютна стойностскорост на движение на източника спрямо абсорбера; с – скоростта на светлината във вакуум; – ъгълът между посоката на движение на източника и посоката на излъчване на g-квантите.

Тъй като в опита ъгълът възприема само две стойности =0 и , тогава ∆E = (положителният символ съответства на приближаване, и отрицателни– отстраняване на източника от абсорбера).

При липса на резонанс, например, когато няма ядро ​​на резонансен изотоп в абсорбера или когато скоростта на Доплер е много висока (което съответства на разрушаването на резонанса поради много огромна конфигурация на квантовата енергия), най-голямата частлъчението, излъчвано по посока на абсорбера, навлиза в сензора, разположен зад него.

Сигналът от сензора се усилва и импулсите от отделни -кванти се записват от анализатора. Обикновено записаното число е - кванти за еднакви периоди от време при различни .В случай на резонанс, g-квантите се абсорбират и преизлъчват от абсорбера в произволни посоки (фиг. 1.14). В същото време количеството радиация, влизащо в сензора, се миниатюризира.

В експеримента на Mössbauer зависимостта на интензитета на радиацията, преминала през абсорбера (броя на импулсите, регистрирани от сензора) от относителна скоростизточник. Ефект на абсорбция определя се от отношението

където е броят на g-квантите, записани от сензора за определено време при стойността на доплеровата скорост (в експеримента използвайте дискретно бързо набиране th); – същото за , когато няма резонансно поглъщане. Зависимостите и задават формата на резонансната крива на поглъщане на железни сплави и съединения и са в границите на ±10 mm/s.

Възможността за ефекта на Мьосбауер се определя от фононния диапазон на кристалите. В района на ниски температури () възможността достига стойности близки до единица, а в района на високи () е много малка. При равни други условия критерии възможността за поглъщане без фони има повече радиация в кристалите с най-висока температураДебай (определя твърдостта на междуатомната връзка).

Възможността за ефекта се определя от обхвата на еластичните вибрации на атомите в кристалната решетка. Линията на Мьосбауер е интензивна, ако амплитудата на атомните вибрации е малка в сравнение с дължината на вълната на r-квантите, т.е. при ниски температури. IN в такъв случайдиапазонът на излъчване и абсорбция се състои от тясна резонансна лента (процеси без фон) и широки компоненти,поради конфигурацията на вибрационните състояния на решетката по време на излъчването и поглъщането на g-кванти (ширината на последните е с 6 порядъка по-голяма от ширината на резонансната лента).

Анизотропията на междуатомната връзка в решетката определя анизотропията на амплитудата на атомните вибрации и, както следва, различна възможност за безфоново поглъщане в различни кристалографски посоки. При монокристалите по този начин могат да бъдат измерени не само средни, но и ъглови зависимости.

В приближението на тесния абсорбатор възможността за преходи без фон е пропорционална на площта под резонансната крива на абсорбция. Ядреният гама-резонанс може да се използва за изследване на вибрационните параметри на твърда решетка или атоми на примеси в тази решетка. По-удобно експериментално изживяване Параметърът в този случай е площта на диапазона S, защототова е неразделна характеристика и не зависи от формата на обхвата на излъчване на резонансни кванти и самопоглъщане в източника. Тази област се запазва, когато диапазонът е разделен на няколко компонента в резултат на свръхфини взаимодействия.

Простият резонансен диапазон на поглъщане на тесен абсорбер е единична линия с лоренцианска форма. Интензивност на миналото през абсорбера на радиация е малък при максимумабсорбция. Като пример на фиг. Фигура 1.15 показва диапазоните на Mössbauer от неопетнено желязо.

Ориз. 1.15 Mössbauer гами от чисто желязо.