Plaan:
- Sissejuhatus
- 1 Mõju olemus
- 1.1 Mõju tõlgendamine
- 2 Mössbaueri isotoobid
- 3
Mõju ja selle olulisuse avastamine
- 3.1 Taust
- 3.2 Ootamine
- 3.3 Tuvastamine
- 3.4 Põhjendus
- 3.5 Tunnustamine
- 4
Mössbaueri efekti rakendused
- 4.1 Mössbaueri efektil põhinevad katsed
Sissejuhatus
|
|
Mössbaueri efekt või tuuma gamma resonants, mille avastas 1957. või 1958. aastal Rudolf Mössbauer instituudis. M. Planck Heidelbergis (Saksamaa), seisneb gammafootonite resonantsemissioonis või neeldumises, muutmata vastavalt kiirguse emitteri või neelduja fononispektrit. Teisisõnu, Mössbaueri efekt on gammakiirguse resonantsemissioon ja neeldumine ilma tagasilöögita. Sellel on sisuliselt kvantilaad ja seda täheldatakse kristalsete, amorfsete ja pulbriliste proovide uurimisel, mis sisaldavad ühte 46 elemendi 87 isotoobist.
1. Mõju olemus
Kui gammakvant kiirgub või neeldub impulsi jäävuse seaduse kohaselt, siis massi vaba tuum M saab tagasilöögi impulsi lk = E 0 / c ja sellele impulsile vastav tagasilöögienergia. Võrreldes tuumatasemete energia erinevusega, on see sama summa võrra väiksem E 0 on emiteeritud gamma kvanti energia ja resonantsneeldumist täheldatakse footonite puhul, mille energia on võrdne E 0 + R. Selle tulemusena eraldatakse identsete tuumade emissiooni- ja neeldumisjooned arvuga 2 R ja resonantstingimus saab olla täidetud ainult siis, kui need read on kombineeritud või osaliselt kattuvad. Gaasides võtab tagasilöögienergia vastu üks kiirgav massituum M, samas kui tahketes ainetes muutub lisaks protsessidele, kui fononid ergastuvad tagasilöögienergia tõttu, teatud tingimustel vaid ühe aatomi või väikese aatomirühma nihkumine võimatuks ning tagasilöögi saab kogeda vaid terve kristall. Kristalli mass on mitu suurusjärku suurem kui tuuma mass ja seega ka suurus R muutub tühiselt väikeseks. Gamma kvantide emissiooni ja neeldumise protsessides ilma tagasilöögita on footonite energiad võrdsed spektrijoone loomuliku laiusega.
1.1. Mõju tõlgendamine
Aastal 2000 ajakirjas Hüperpeen interaktsioon Mössbauer andis efekti selge tõlgenduse:
Olukord… tuletab meelde inimene, täpselt paadist kivi viskamine. Suurem osa energiast impulsi jäävuse seaduse järgi saab lihtne kivi, vaid väike osa energiast viskama läheb sisse kineetiline energia paat, mis saab tagasi. Suvel omandab paat lihtsalt teatud tagasilöögile vastava liikumise ja sõidab minema viskele vastupidises suunas. Talvel aga, kui järv jäätub, hoiab paati jää ning peaaegu kogu viskeenergia kandub üle kivile, paati ( koos jäätunud järve ja selle kallastega) saab ebaolulise osa energiat viskama. Seega kantakse tootlus üle mitte ainult paat, vaid terve järve ja vise sooritatakse "ilma tagasilöögita".
Kui inimene on treenitud nii, et ta kulutab viskele alati sama energiat ja ta suudab tabada kaugel asuvat sihtmärki, seistes sellest samal kaugusel kõval pinnasel, siis paadist kivi viskamisel. , põhjustab tagasilöök "alalöögi". Selle esituse puhul vastab termiline laienemine põnevusele järvel, mis suurendab sihitud kivide hajumist ning sportlase enda vältimatuid sundimatuid vigu iseloomustab loomulik hajumine või visete rühmitus, mis on sarnane emissiooni/neeldumise spektrijoone loomulikule laiusele. ja tuuma vastava ergastatud oleku eluiga.
2. Mössbaueri isotoobid
3. Mõju ja selle tähenduse avastamine
3.1. Taust
1852. aasta paiku täheldas J. G. Stokes esimest korda fluorestsentsi – langeva valguse neeldumist fluoriidi poolt, millele järgnes valguse kiirgamine neelduja poolt. Seejärel viidi sarnased uuringud läbi erinevate materjalidega.
1900. aastal avastas P. Willard gammakiired – raadiumi kiirgava monokromaatilise kiirguse elektromagnetiline kiirgus kõrge footonenergiaga.
1904. aastal demonstreeris R. Wood resonants-optilist fluorestsentsi, mida iseloomustab neeldunud valgusenergia emissioon sama sagedusega kiirguse kujul. Tema uuritud naatriumkollase dupleti resonantsfluorestsents on eriti laialt tuntud.
3.2. Ootus
1929. aastal pakkus W. Kuhn välja võimaluse ja püüdis vaadelda gammakiirguse resonantsneeldumist optilise fluorestsentsi analoogina tuumafüüsikas. Katsed tuvastada gamma kvantide resonantsneeldumist statsionaarse allika ja kiirguse neelduriga tehtud katsetes ebaõnnestusid. Kuhni töö on aga väärtuslik, sest selles püüdis see Šveitsi füüsikaline keemik analüüsida oma ebaõnnestumise põhjuseid, tuvastades kolm peamist imendumise nõrgenemise allikat:
- algselt kitsa tuuma üleminekujoone termiline laiendamine;
- täiendav laienemine võimaliku tagasilöögi tõttu β-osakeste emissiooni ajal;
- märkimisväärne joonenihe gammafootonite emissiooni ajal suure tagasilöögienergia tõttu koos kommentaariga:
... Kolmas neeldumist vähendav panus tuleneb gammakiirguse emissiooni protsessist. Kiirgav aatom kogeb gammakiirguse emissiooni tõttu tagasilööki. Kiirguse lainepikkus on seega punase nihkega; emissioonijoon on neeldumisjoone suhtes nihutatud... Seetõttu on võimalik, et olulise gamma nihke tõttu väljub kogu emissioonijoon neeldumisjoone piirkonnast...
Kuhn käsitles siin aga ainult emissioonijoone nihkumist ja laienemist, pööramata tähelepanu Doppleri efektile ja tuuma tagasilöögile gammafootoni neelamisel.
3.3. Märkamine
Aastatel 1950–1951 avaldas Briti füüsik F.B. Moon artikli, milles kirjeldas esmakordselt efekti eksperimentaalset vaatlust. Katse idee oli paigutada 198 Au gammakiirgusallikas ultratsentrifuugi, kompenseerides seeläbi tagasilöögienergiat spektrijoone Doppleri nihkega. Arvestades, et täheldatud efekt on gammakiirte tuumaresonantshajumine, kirjeldas ta resonantstuuma fluorestsentsi.
Umbes samal ajal uuris Rootsi teadlane K. Malmfurs gammakiirte neeldumist samas 198 Au ja 198 Hg kombinatsioonis, püüdes saavutada joonte termilise laienemise tõttu neeldumise suurenemist, kuumutades kulda leegis. puhurlamp. Tõepoolest, loenduste arv kasvas veidi ja Malmfurs teatas sellest oma artiklis
...Resonantsefekti tingimus on täidetud nendel juhtudel, kui neelduri poole suunatud, hajutava aine (elavhõbeda) poole suunatud [allika] soojuskiiruse komponent kompenseerib tuuma tagasilööki...
3.4. Põhjendus
1953. aastal Müncheni professor tehnikaülikool G. Mayer-Leibniz määras magistritöö teemaks oma aspirandile Rudolf Mössbauerile Malmfursi poolt 191 Os abil alustatud gammakiirguse temperatuurist sõltuva neeldumise uurimise jätkamine ja lisaülesandena tollal tundmatu määramine. osmiumi beeta-lagunemisenergia väärtus-191. Pärast seda, kui Mössbauer oli kaitsnud magistritöö, kutsus Mayer-Leibniz ta selle teemaga edasi tegelema, valmistades ette doktoritöö ( PhD) Heidelbergi Instituudis meditsiinilised uuringud neid. Max Planck. Vaatamata teadusliku juhendaja järjekindlatele juhistele järgida Malmfursi meetodit ja otsida kõrge temperatuuri piirkonnas emissiooni- ja neeldumisjoonte kattumist, näitas Mössbauer sõltumatust, arvutades, et mugavam oleks, vastupidi, konstrueerida jahutamiseks krüostaat. proovid temperatuurini vedel lämmastik. Samal ajal eeldas ta, et jälgib sellist neeldumise temperatuurisõltuvust, mille korral joonte kattumine muutub nõrgemaks ja neeldurit läbivate kiirguskvantide loendamise sagedus peaks suurenema. Saanud vastupidise tulemuse, st resonantse tuumagamma fluorestsentsi suurenemise, sai ta üle oma liigsest skeptilisusest ja kaalus tulemust hoolikalt. Selle tulemusena mõistis Mössbauer, et poolklassikaline kontseptsioon, mille kohaselt kiirgavad ja neelavad tuumad vabade osakestena, ei sobi tahkete ainete jaoks: kristallides on aatomid üksteisega tugevalt seotud ja neid iseloomustab sisuliselt kvantkäitumine.
3.5. Ülestunnistus
1961. aastal pälvis R. L. Mössbauer gammaresonantsi nähtuse avastamise ja teoreetilise põhjendamise eest. Nobeli preemia füüsikas (koos R. Hofstadteriga, kes sai preemia elektronide tuumade hajumise uurimise eest).
4. Mössbaueri efekti rakendused
Gamma-tuumaresonantsi meetodit kasutatakse füüsikalises materjaliteaduses, keemias, mineraloogias ja bioloogias (näiteks valkude Fe sisaldavate rühmade omaduste analüüsimisel). Kiirguse neeldumise mõju suurendab proovi rikastamine Mössbaueri isotoopidega, suurendades näiteks 57 Fe sisaldust katseloomade toidus. Mineraloogias kasutatakse Mössbauri efekti peamiselt Fe ioonide struktuurse asukoha määramiseks ja raua oksüdatsiooniastme määramiseks.
Mössba uera effe kt, g-kvantide resonantsneeldumine, mida täheldatakse siis, kui g-kiirguse allikaks ja neeldujaks on tahked ained ning g-kvantide energia on madal (~ 150 keV). Mõnikord nimetatakse Mössbaueri efekti resonantsneeldumiseks ilma tagasilöögita või tuumagammaresonantsiks (NGR).
1958. aastal avastas R. Mössbauer, et tahkete ainete osaks olevate tuumade puhul võib g-siirde madala energia korral g-kvantide emissioon ja neeldumine toimuda ilma tagasilöögist tingitud energiakadudeta. Emissiooni- ja neeldumisspektris nihutamata jooned energiatega täpselt võrdne energia g-üleminek ja nende joonte laiused on võrdsed (või väga lähedased) loomulikule laiusele G. Sel juhul emissiooni- ja neeldumisjooned kattuvad, mis võimaldab jälgida gammakiirte resonantsneeldumist.
See nähtus, mida nimetatakse Mössbaueri efektiks, on tingitud sisseliikumise kollektiivsest olemusest tahke keha. Tänu tugevale vastasmõjule tahketes ainetes ei kandu tagasilöögienergia eraldi tuuma, vaid muundub kristallvõre vibratsioonide energiaks ehk teisisõnu toob tagasilöök kaasa fonoonide sünni. Kui aga tagasilöögienergia (arvutatuna tuuma kohta) on väiksem kui antud foononi keskmine energia, ei põhjusta tagasilöök iga kord foononi sündi. Sellistel "foonivabadel" juhtudel tagasilöök ei muutu. Kineetiline energia, mis omandatakse tervikuna, tajudes g-kvanti tagasilöögi impulssi, on tühine. Impulsi ülekandmisega ei kaasne sel juhul energia ülekandmist ja seetõttu vastab emissiooni- ja neeldumisjoonte asukoht täpselt ülemineku energiale E.
Sellise protsessi tõenäosus ulatub mitmekümne protsendini, kui g ülemineku energia on piisavalt madal; Praktikas täheldatakse Mössbaueri efekti ainult D E » 150 keV juures (E suurenemisega suureneb tagasilöögi ajal fononite tekke tõenäosus). Mössbaueri efekti tõenäosus sõltub tugevalt ka . Sageli on Mössbaueri efekti jälgimiseks vaja gammakvantide allikat ja neeldurit jahutada vedelikuks või vedelikuks, kuid väga madala energiaga g-siirde puhul (näiteks E = 14,4 keV 57 Fe g-siirde puhul tuum või 23,8 kev 119 Sn tuuma g-siirde korral) võib Mössbaueri efekti täheldada kuni temperatuurideni, mis ületavad 1000 °C. Kui kõik muud asjad on võrdsed, on Mössbaueri efekti tõenäosus suurem, mida tugevam on interaktsioon tahkis, st seda suurem on fononi energia. Seega, mida suurem on Mössbaueri efekti tõenäosus, seda suurem on .
Resonantse tagasilöögita neeldumise oluline omadus, mis muutis laborikatse Mössbaueri efekti oluline meetod uurimistöö, on äärmiselt väike joone laius. Joone laiuse suhe Mössbaueri efektiga g-kvanti energiasse on näiteks 57 Fe tuuma puhul väärtus "3´ 10 -13" ja 67 Zn tuuma puhul "5,2´ 10 -16". Selliseid joonlaiusi pole saavutatud isegi gaasis, mis on kõige kitsamate joonte allikas infrapuna- ja nähtavas piirkonnas elektromagnetlained. Mössbaueri efekti abil osutus võimalikuks jälgida protsesse, milles g-kvanti energia erineb üliväikese (»G või isegi väikesed osad G-st) neeldujate tuumade üleminekuenergiast. . Sellised energiamuutused põhjustavad emissiooni- ja neeldumisjoonte nihkumist üksteise suhtes, mis toob kaasa muutuse resonantsneeldumise suuruses, mida saab mõõta.
Mössbaueri efekti kasutamisel põhinevate meetodite võimalusi illustreerib hästi eksperiment, mille käigus oli võimalik mõõta laboratoorsed tingimused relatiivsusteooria poolt ennustatud elektromagnetilise kiirguse kvanti sageduse muutus Maa gravitatsiooniväljas. Selles katses (R. Pound ja G. Rebki, USA, 1959) asus g-kiirguse allikas 22,5 m kõrgusel neeldurist. Vastav gravitatsioonipotentsiaali muutus oleks pidanud kaasa tooma suhtelise muutuse g-kvanti energias 2,5´ 10 -15 võrra. Emissiooni- ja neeldumisjoonte nihe osutus teooriale vastavaks.
Tahkete ainete tuumadele mõjuvate sisemiste elektri- ja magnetväljade mõjul (vt.), samuti välised tegurid( , välised magnetväljad) võivad toimuda tuumaenergia tasemete nihked ja lõhenemised ning sellest tulenevalt muutused üleminekuenergias. Kuna nende muutuste suurus on seotud tahkete ainete mikroskoopilise struktuuriga, võimaldab emissiooni- ja neeldumisjoonte nihke uurimine saada teavet tahkete ainete struktuuri kohta. Neid nihkeid saab mõõta Mössbaueri spektromeetritega ( riis. 3). Kui g -kvante kiirgab neelduja suhtes kiirusega v liikuv allikas, siis Doppleri efekti tulemusena muutub neeldurile langeva g -kvantide energia koguse Ev/c võrra (tavaliselt kasutatavate tuumade puhul Mössbaueri efekti jälgimisel vastab energia E muutus summa G võrra kiiruse väärtustele v vahemikus 0,2 kuni 10 mm/s). Mõõtes resonantsneeldumise suuruse sõltuvust v-st (Mössbaueri resonantsneeldumise spekter), leitakse kiiruse väärtus, mille juures on emissiooni- ja neeldumisjooned täpses resonantsis, st kui neeldumine on maksimaalne. V väärtus määrab nihke D E heite- ja neeldumisjoonte vahel statsionaarse allika ja neeldumise korral.
Peal riis. 4, ja näitab ühest joonest koosnevat neeldumisspektrit: emissiooni- ja neeldumisjooned ei ole üksteise suhtes nihutatud, st on täpses resonantsis v = 0 juures. Vaadeldava joone kuju saab piisava täpsusega kirjeldada Lorentzi kõver (või Breit-Wigner valem), mille laius poolel kõrgusel on 2G. Sellist spektrit täheldatakse ainult juhul, kui allikas ja neelduja on keemiliselt identsed ning nende tuumadele ei avalda mõju ei magnet- ega ebahomogeensed elektriväljad. Enamasti täheldatakse spektrites mitut joont (hüperpeenstruktuur), mis on põhjustatud vastasmõjust tuumavälise elektri- ja magnetväljaga. Hüperpeenstruktuuri omadused sõltuvad nii põhi- ja ergastatud olekus olevate tuumade omadustest kui ka tahkete ainete struktuurilistest iseärasustest, mille hulka kuuluvad kiirgavad ja neelavad tuumad.
Kõige olulisemad vastastikmõju liigid tuumaväliste väljadega on elektriline monopoolne, elektriline kvadrupool ja magnetdipool. Elektriline monopoolne vastastikmõju on tuuma vastastikmõju elektrostaatilise väljaga, mille tuuma piirkonnas ümbritsevad inimesed tekitavad; see toob kaasa joonenihke d neeldumisspektris ( riis. 4, b), kui allikas ja valamu ei ole keemiliselt identsed või kui jaotus elektrilaeng tuumas on see põhi- ja ergastatud olekus erinev (vt.). See nn isomeerne või keemiline nihe on tuuma piirkonnas võrdeline ja selle suurus on tahkete ainete puhul oluline tunnus (vt.). Selle nihke suuruse järgi saab hinnata ioonilist ja kovalentset iseloomu, kompositsiooni sisu jne. Keemiliste nihkete uurimine võimaldab saada teavet ka laengujaotuse kohta aastal.
Mössbaueri efekti oluline tunnus tahkisfüüsika jaoks on ka selle tõenäosus. Mössbaueri efekti tõenäosuse ja selle sõltuvuse mõõtmine 41 elemendi isotoopide aatomitest; kergeim neist on 40 K, raskeim 243 At.
Kirj.: Mossbaueri efekt. laup. Art., toim. Yu Kagana, M., 1962; Mössbauer R., RK efekt ja selle tähtsus täpsetele mõõtmistele, kogumikus: Science and Humanity, M., 1962; Frauenfelder G., Mossbaueri efekt, tlk. inglise keelest, M., 1964; Wertheim G., Mossbaueri efekt, tlk. inglise keelest, M., 1966; V.S., Gammakiirguse resonants, M., 1969; Keemilised rakendused, trans. inglise keelest, toim. V. I. Goldansky [ja teised], M., 1970; Mossbaueri efekt. laup. artiklite tõlked, toim. N. A. Burgov ja V. V. Skljarevski, tlk. inglise keelest, saksa keelest, M., 1969.
N. N. Deljagin.
Riis. 3. Mössbaueri spektromeetri lihtsustatud diagramm; G-kvantide allikas seatakse mehaanilise või elektrodünaamilise seadme abil edasi-tagasi liikumisele kiirusega v neelduja suhtes. G-kiirgusdetektori abil mõõdetakse neeldurit läbiva g-kvantide voo intensiivsuse sõltuvust kiirusest v.
Riis. 4. G-kvantide Mössbaueri resonantsneeldumise spektrid: I - neeldurit läbiva g-kvantide voo intensiivsus, v - g-kvantide allika liikumiskiirus; a - üksikud emissiooni- ja neeldumisjooned, mis ei ole üksteise suhtes nihutatud, kui v = 0; b - joone isomeerne või keemiline nihe. Nihe d on südamiku piirkonnas proportsionaalne ja varieerub olenevalt tahke aine omadustest; c - kvadrupoolne dublett, mida täheldati 57 Fe, 119 Sn, 125 Te jne korral. Jaotuse D suurus on võrdeline gradiendiga elektriväli südamiku piirkonnas: g - magnetiliselt järjestatud materjalide neeldumisspektrites täheldatud magnetiline ülipeenstruktuur. Konstruktsiooni komponentide vaheline kaugus on võrdeline pingega magnetväli, mis toimib tahke aine tuumadele.
Riis. 1. G-kvantide emissiooni ja resonantsneeldumise protsesside skemaatiline esitus; Kiirgavad ja neelavad tuumad on samad, seetõttu on nende ergastatud olekute E" ja E"" energiad võrdsed.
Riis. 2. emissiooni- ja neeldumisjoonte nihkumine E g ülemineku energia suhtes; G - joonte laiused.
sama mis Mössbaueri efekt.
Kuva väärtus Tuuma gamma resonants teistes sõnaraamatutes
Gamma- ja. itaalia keel muusikaline tähestik, redel, rokk muusikas, rida, helide järjekord. | Märkmete tabel, sõrmede tähendustega.
Dahli seletav sõnaraamat
Gamma- kaalud. Kreeka tähestiku kolmas täht. - kiired, gammakiired, ühikud. ei (füüsiline) – sama mis röntgen.
Ušakovi seletav sõnaraamat
Resonants- M. Prantsuse heli, sumin, paradiis, kaja, lahku, ümise, tagasi, hääl; hääle kõla, asukoha, ruumi suuruse järgi; helisus, muusikariista kõlalisus, disaini järgi.......
Dahli seletav sõnaraamat
Tuuma- tuuma-, tuuma- (spetsiaalne). 1. Adj. südamikuni 1 ja 5 numbriga. mahla. kaal. 2. Korrigeerimine väärtuse järgi. seotud aatomituuma või raku tuumaga (füüsiline, bioloogiline). Tuumafüüsika. Batsillide tuumastruktuur.
Ušakovi seletav sõnaraamat
Gamma-— 1. Esimene osa rasked sõnad, tutvustav tähendus: seotud radioaktiivsete ainete (gammakiired, gammaspektromeeter, gammateraapia jne) poolt kiiratava elektromagnetkiirgusega.
Efremova selgitav sõnaraamat
Gamma globuliin M.— 1. Üks vereplasma valkudest, mis sisaldab antikehi ja mida kasutatakse teatud nakkushaiguste ravi- ja profülaktilise ravimina.
Efremova selgitav sõnaraamat
Gammakiirguse keskmine— 1. Radioaktiivsete ainete kiiratav lühilaineline elektromagnetkiirgus.
Efremova selgitav sõnaraamat
Gamma kvant M.— 1. Gammakiirguse kvant.
Efremova selgitav sõnaraamat
Gammakiired Mn.— 1. Sama mis: gammakiirgus.
Efremova selgitav sõnaraamat
Gamma installatsioon J.— 1. Seade suunatud, juhitud gammakiirguse kiireks kasutamiseks.
Efremova selgitav sõnaraamat
Resonants M.— 1. Ühe keha vibratsioonide ergastamine teise sama sagedusega keha vibratsioonidega, samuti kahest kehast ühe vastuseheli, mis on häälestatud unisoonis. 2. Võime täiustada......
Efremova selgitav sõnaraamat
Gamma-- Keeruliste sõnade esimene osa. Aitab kaasa: seotud radioaktiivsete ainete poolt kiiratava elektromagnetkiirgusega (gammakiirgusega). Gamma analüüs, gamma välk,......
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gammakiirguse astronoomia- ) -Ja; ja. Astronoomia haru, mis on seotud kosmiliste kehade uurimisega nende gammakiirguse põhjal.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gammakiirguse purse- ) -A; m Kosmilise gammakiirguse lühiajaline suurenemine. Jälgige gammakiirguse purskeid.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma globuliin- ) -A; m. Üks antikehi sisaldavatest vereplasma valkudest (kasutatakse terapeutilise ja profülaktilise ravimina mõnede nakkushaiguste korral).
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma vigade tuvastamine- ) -Ja; ja. Meetod materjalide ja toodete testimiseks, mis põhineb metallide radioaktiivsete isotoopide poolt emiteeritud gammakiirguse neeldumise mõõtmisel (kasutatakse varjatud defektide tuvastamiseks).
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma kiirgus- -mina; kolmap Phys. Radioaktiivsete ainete kiirgav lühilaineline elektromagnetkiirgus. G. raadium.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma kvant- -A; m Gammakiirguse kvant. Gamma kvantide voog. Gammakiirguse neeldumine aatomituumade poolt.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma laser- -A; m) induktsioon-gammakiirguse generaator; gaser. Loo linn
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gammakiired- ) -talle; pl. Phys. = Gammakiirgus.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma tiheduse mõõtur- ) -A; m Seade aine tiheduse mõõtmiseks gammakiirguse abil.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma väli- ) -I; kolmap
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma spektromeeter- ) -A; m Seade gammakiirguse energia (energiaspektri) mõõtmiseks.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Gamma-spektroskoopia- ) -Ja; ja. Tuumafüüsika haru, mis on seotud gammakiirguse spektrite uurimisega ja erinevaid omadusi aatomituumade ergastatud olekud.
Kuznetsovi seletav sõnaraamat
Tuumade energia kvantifitseeritakse. Kui tuum läheb üle ergastatud olekust põhiolekusse, eraldub energiaga -kvant. Selle võimalikum tähendus e energia lõputult loid vaba tuuma jaoks on võrdne selle põhi- ja ergastatud oleku energiate erinevus: 
. Pöördprotsess vastab lähedase energiaga g-kvanti neeldumisele.
Kui sarnaste tuumade kogum ergastatakse samale tasemele, iseloomustab emiteeritud kvantide energiat teatud hajumine keskmise väärtuse ümber.
Joonis 1.13 Illustreeriv skeem kvantsiirded elektriliste kvantide emissiooni ja neeldumisega (a) ning emissiooni- ja neeldumisjoonte tüübiga optilise (b) ja tuuma (c) puhul.
Neeldumisriba kontuuri kirjeldatakse sama seosega kui emissiooniriba kontuuri (joonis 1.13). On selge, et optilise spektri elektrikiirguse resonantsneeldumise mõju, kui optiline ergastatud aatomite elektronide üleminekul nende aluseks olevatele kvantidele Aine, mis sisaldab sama tüüpi aatomeid, absorbeerib resonantsi elektritasemeid. Staatilise resonantsi neeldumise nähtus on selgelt täheldatav näiteks naatriumi auru puhul.
Kahjuks ei täheldata vabade tuumade resonantse tuuma neeldumise nähtust. Põhjus on selles, et loid tuumade (aatomite) mudel, kus tagasilöögi energiakaod on võrreldes sellega väikesed, kehtib optilise resonantsi jaoks ja on tuumaresonantsi jaoks täiesti rakendamatu. Tuumaüleminekutel eralduvad gammakiired omavad oluliselt suuremat energiat – kümneid ja sadu keV(võrreldes nähtava piirkonna kvantide mitmekümne eV-ga). Võrreldavate eluea väärtuste ja vastavalt elektri- ja tuumataseme loomuliku laiuse lähedaste väärtustega tuumakorpuses on tagasilöögienergial emissioonis ja neeldumises veelgi olulisem roll:
kus tuuma tagasilöögimoment on suuruselt võrdne emiteeritud kvantimpulsiga, m on tuuma (aatomi) mass.
Seetõttu ei täheldata optilisel juhul resonantsi vabadel tuumadel (vt joonis 1.13 b ja c). Rudolf Mössbauer, uurides Ir-isotoobi poolt kiiratud -kvantide neeldumist, mis leiti Ir-kristallist, vastupidiselt ennustustele, et kiirgusteooria, suurenenud hajumine-quanta juures madalad temperatuurid(T≈77K). Ta näitas, et täheldatud efekt on seotud -kvantide resonantsne neeldumisega Ir-aatomite tuumade poolt ja selgitas selle olemust.
Mössbaueri efekti katsetes ei mõõdeta mitte emissiooni- (või neeldumis-) ribasid endid, vaid resonantsneeldumiskõveraid (Mössbaueri vahemikud). Tuumagammaresonantsmeetodi unikaalne rakendamine keemias ja tahkisfüüsikas on põhjendatud asjaoluga, et Mössbaueri vahemiku komponentide laius l isiklikud resonantsliinid vähem energiat magnetiline ja tuuma elektrooniline interaktsioon seda ümbritsevate elektronidega. Mössbaueri efekt - tõhus viis uurimused paljude nähtuste kohta, mis neid koostoimeid mõjutavad.
Lihtne skeem Mössbaueri efekti jälgimiseks g ülekande geomeetria sisaldab allikat, neeldurit (uuritava materjali kitsas standard) ja g-ray andurit (joon. 1.14).
Riis. 1.14 Mössbaueri eksperimendi skeem: 1 – elektrodünaamiline vibraator, seadistus erinevad tähendused allika kiirus; 2 – Mössbaueri allikas; 3 – Mössbaueri isotoobi tuumasid sisaldav absorber; 4 – neeldurit läbiva g-kvantide andur (tavaliselt proportsionaalne loendur või fotokordisti).
Kiirte allikal peavad olema teatud omadused: omama pikk periood tuuma poolestusaeg, selle lagunemise korral sünnib ergastatud olekus resonantsi isotoobi tuum. Mössbaueri ülemineku energia peaks olema suhteliselt madal ( et tagasilöögienergia ei ületaks aatomi ja sõlme tõrjumiseks vajalikku energiat kristallvõre ), on heitejoon kitsas (see tagab kõrgeim eraldusvõime) ja taustavaba kiirguse võimalus on suurepärane. G-kvantide allikas saadakse enamasti Mössbaueri isotoobi viimisel raudmaatriksisse difusioonlõõmutamise teel. Maatriksi materjal peab olema dia- või paramagnetiline (tuumatasandite magnetiline lõhenemine on välistatud).
Absorberitena kasutatakse õhukesi standardeid fooliumi või pulbri kujul. Standardi vajaliku paksuse määramisel tuleb arvestada Mössbaueri efekti võimalusega (peitsimata raua puhul on parim paksus ~20 µm). Parim paksus I on kitsa absorbendiga töötamise vajaduse kompromissi tulemus ja neil on kõrgeim neeldumisefekt. Standardi läbinud footonite registreerimiseks kasutatakse laiemalt stsintillatsiooni- ja proportsionaalloendureid.
Resonantsneeldumisvahemiku (või Mössbaueri vahemiku) saamine eeldab resonantskriteeriumi muutmist, mistõttu on vaja -kvantide energiat moduleerida. Hetkel kohaldatav ajamodulatsiooni meetodil põhineb Doppleri efektil (enamasti on täpsustatud g-kiirgusallika liikumine neelduja suhtes).
Doppleri efektist tingitud g-kvanti energia muutub koguse võrra
kus on allika liikumiskiiruse absoluutväärtus neelduja suhtes; с – valguse kiirus vaakumis; – nurk allika liikumissuuna ja g-kvantide emissiooni suuna vahel.
Kuna kogemuses tajub nurk ainult kahte väärtust = 0 ja , siis ∆E = (positiivne sümbol vastab lähenemisele, ja negatiivne– allika eemaldamine neeldurist).
Resonantsi puudumisel, näiteks kui neelduris puudub resonantsi isotoobi tuum või kui Doppleri kiirus on väga suur (mis vastab resonantsi hävimisele kvantenergia väga suure konfiguratsiooni tõttu), suurim osa neelduja suunas eralduv kiirgus siseneb selle taga asuvasse andurisse.
Anduri signaali võimendatakse ja analüsaator salvestab üksikute footoni impulsid. Tavaliselt on salvestatud arv - kvantid ühtseteks ajaperioodideks erinevatel . Resonantsi korral neeldub ja kiirgab neelduja g-kvante suvalistes suundades (joonis 1.14). Samal ajal on andurisse siseneva kiirguse hulk miniatuurne.
Mössbaueri katses uuritakse neelduja kaudu edastatava kiirguse intensiivsuse (anduri poolt registreeritud impulsside arvu) sõltuvust allika suhtelisest kiirusest. Imenduv toime määrab seos
kus on anduri poolt teatud aja jooksul Doppleri kiiruse väärtusel registreeritud g-kvantide arv (katses kasutage diskreetset kiirvalimisseadet th); – sama , kui puudub resonantsneeldumine. Sõltuvused ja seada rauasulamite ja -ühendite resonantsneeldumiskõvera kuju ja jäävad ±10 mm/s piiridesse.
Mössbaueri efekti võimalikkuse määrab kristallide fononide ulatus. Madalate temperatuuride piirkonnas () saavutab võimalus ühtsuse lähedased väärtused ja kõrge () piirkonnas on see väga väike. Kõik muud asjad on võrdsed kriteeriumid taustata neeldumise võimaluse kohta ja kristallides on rohkem kiirgust kõrgeim temperatuur Debye (määrab aatomitevahelise sideme kõvaduse).
Mõju võimalikkuse määrab aatomite elastsete vibratsioonide ulatus kristallvõres. Mössbaueri joon on intensiivne, kui aatomivõnke amplituud on r-kvantide lainepikkusega võrreldes väike, s.t. madalatel temperatuuridel. IN sel juhul emissiooni- ja neeldumisvahemik koosneb kitsas resonantsriba (taustavabad protsessid) ja laiad komponendid, võre vibratsiooniseisundite konfiguratsiooni tõttu g-kvantide emissiooni ja neeldumise ajal (viimase laius on 6 suurusjärku suurem kui resonantsriba laius).
Aatomitevahelise sideme anisotroopia võres määrab ära aatomivõnke amplituudi anisotroopia ja järgnevalt erineva taustata neeldumise võimaluse erinevates kristallograafilistes suundades. Üksikkristallide puhul saab sel viisil mõõta mitte ainult keskmisi, vaid ka nurksõltuvusi.
Kitsas neeldumislähenduses on taustata üleminekute võimalus võrdeline resonantsneeldumiskõvera aluse pindalaga. Tuuma gamma resonantsi saab kasutada tahke võre või selles võres oleva lisandi aatomite vibratsiooniparameetrite uurimiseks. Mugavam eksperimentaalne kogemus Parameeter on sel juhul vahemiku S pindala, kuna see on lahutamatu tunnus ja ei sõltu resonantskvantide emissioonivahemiku kujust ja allikas iseneeldumisest. See ala säilib, kui vahemik on ülipeente interaktsioonide tulemusena jagatud mitmeks komponendiks.
Kitsa neelduja lihtne resonantsneeldumisvahemik on üks Lorentzi kujuga rida. Mineviku intensiivsus läbi kiirguse neelduja on maksimaalselt väike imendumine. Näitena joonisel fig. Joonisel 1.15 on näidatud määrdumata raua Mössbaueri vahemikud.
Riis. 1.15 Mössbaueri sari puhtast rauast.