După cum sa indicat deja, spectrul discret al radiației  se datorează caracterului discret al nivelurilor de energie ale nucleelor ​​atomice. Totuși, după cum rezultă din relația de incertitudine (215.5), energia stărilor excitate ale nucleului ia valori în limitele Eh/t, unde t este durata de viață a nucleului în starea excitată. În consecință, cu cât t este mai mic, cu atât este mai mare incertitudinea energiei E a stării excitate. E=0 numai pentru starea fundamentală a unui nucleu stabil (pentru acesta t). Incertitudinea energiei unui sistem mecanic cuantic (de exemplu, un atom), care are niveluri de energie discrete, determină lățimea nivelului de energie naturală(G). De exemplu, cu o durată de viață a stării excitate egală cu 10 -1 3 s, lățimea naturală a nivelului de energie este de aproximativ 10 -2 eV.

Incertitudinea energiei stării excitate, cauzată de durata de viață finită a stărilor excitate ale nucleului, duce la nemonocromaticitatea radiației  emise în timpul tranziției nucleului de la starea excitată la starea fundamentală. Această non-monocromaticitate se numește lățimea naturală a liniei- radiatii.

Atunci când radiația  trece printr-o substanță, în plus față de procesele descrise mai sus (vezi § 259) (efect fotoelectric, împrăștiere Compton, formarea perechilor electron-pozitron) ar trebui în principiu

se observă şi efecte de rezonanţă. Dacă un nucleu este iradiat cu -quante cu o energie egală cu diferența dintre una dintre stările de energie excitată și de bază ale nucleului, atunci absorbtie rezonanta- radiatii din nuclee: nucleul absoarbe un -cuantic de aceeași frecvență cu frecvența -cuantumului emis de nucleu în timpul tranziției nucleului dintr-o stare excitată dată la starea fundamentală.

Observarea absorbției rezonante a -quantilor de către nuclee a fost considerată imposibilă mult timp, de când un nucleu trece dintr-o stare excitată cu energie Eîn principal (energia sa este luată egală cu zero) -cuantica emisă are o energie E  puțin mai mică decât E, datorită reculului nucleului în timpul procesului de radiație:

Unde E eu - energia cinetică de recul a nucleului. Când nucleul este excitat și trece din starea fundamentală în starea excitată cu energie E-cuantica trebuie sa aiba energie E" ceva mai mare decât E, adică

Unde E eu - energia de recul pe care -quantul trebuie să o transfere nucleului absorbant.

Astfel, maximele liniilor de emisie și absorbție sunt deplasate unul față de celălalt cu cantitatea 2E eu(Fig. 344). Folosind legea conservării impulsului, conform căreia în procesele considerate de radiație și absorbție momentele cuantumului  și ale nucleului trebuie să fie egale, obținem

De exemplu, starea excitată a izotopului de iridiu 191 77 Ir are o energie de 129 keV, iar durata sa de viață este de aproximativ 10 -10 s, deci lățimea nivelului G 4 10 -5 eV. Energia de recul pentru radiația de la acest nivel, conform (260.1), este aproximativ egală cu 5 10 -2 eV, adică. cu trei ordine de mărime mai mare decât lățimea nivelului. Desigur, nu este posibilă absorbția rezonantă în astfel de condiții (pentru a observa absorbția rezonantă, linia de absorbție trebuie să coincidă cu linia de emisie). De asemenea, din experimente a rezultat că absorbția rezonantă nu se observă pe nucleele libere.

Absorbția rezonantă a radiației  poate fi, în principiu, obținută numai la compensarea pierderilor de energie din cauza reculului miezului. Această problemă a fost rezolvată în 1958 de R. Mössbauer (Premiul Nobel 1961). El a studiat emisia și absorbția radiațiilor  în nucleele situate într-o rețea cristalină, adică în stare legată (experimentele au fost efectuate la temperaturi scăzute). În acest caz, impulsul și energia de recul sunt transferate nu unui nucleu care emite (absorbind) -quantum, ci întregii rețele cristaline ca un întreg. Deoarece cristalul are o masă mult mai mare în comparație cu masa unui nucleu individual, atunci, în conformitate cu formula (260.1), pierderile de energie datorate reculului devin extrem de mici. Prin urmare, procesele de emisie și absorbție a radiațiilor  au loc practic fără pierderi de energie (ideal elastic).

Fenomenul de emisie (absorbție) elastică a -quantelor de către nucleele atomice legați într-un solid, neînsoțit de o modificare energie interna se numește corp efectul MössbauerÎn condițiile considerate, liniile de emisie și absorbție ale radiației  coincid practic și au o lățime foarte mică, egală cu lățimea naturală. G. Efectul Mössbauer a fost descoperit pe 191 77 Ir profund răcit (cu scăderea temperaturii, vibrațiile rețelei sunt „înghețate”) și, ulterior, mai mult

decât pe 20 de izotopi stabili (de exemplu, 57 Fe, 67 Zn etc.).

Mössbauer a armat fizica experimentală cu o nouă metodă de măsurare a preciziei fără precedent. Efectul Mössbauer permite măsurarea energiei (frecvenței) radiațiilor cu o precizie relativă Г/E=10 -15 -10 -17, prin urmare, în multe domenii ale științei și tehnologiei poate servi ca un „instrument” subtil pentru diverse tipuri de măsurători. A devenit posibil să se măsoare cele mai fine detalii ale liniilor , câmpurile magnetice și electrice interne în solide etc.

O influență externă (de exemplu, împărțirea Zeeman a nivelurilor nucleare sau o schimbare a energiei fotonului atunci când se mișcă într-un câmp gravitațional) poate duce la o schimbare foarte mică fie a liniei de absorbție, fie a liniei de emisie, cu alte cuvinte, duce la o slăbire sau dispariție. a efectului Mössbauer. Prin urmare, această deplasare poate fi înregistrată. Într-un mod similar, un efect atât de subtil precum „deplasarea gravitațională spre roșu” prezis de teorie generală relativitatea lui Einstein.

Să presupunem că există două eșantioane (în mod convențional îl vom considera pe primul ca fiind o sursă-emițător, iar al doilea ca fiind un receptor-absorbitor de radiație) cu atomi (și nuclei) identici în compoziția lor. Aceasta înseamnă că poziția nivelurilor de energie ale principalului E zh si entuziasmat? stările excitabile din ele sunt aceleași. Să presupunem, de asemenea, că există o modalitate de a iniția o stare excitată a nucleelor ​​din prima probă, adică. face din el o sursă de cuante emise (unde electromagnetice) datorită tranzițiilor energetice corespunzătoare. Linia spectrală a unei surse cu energie de radiație E it6 - E principal = AE pe frecventa

scara va fi la frecvența ω = ^ în ° z6 -. Poate fi evaluat

lățimea naturală Г a acestei linii spectrale (adică lățimea minimă, care este determinată de relația de incertitudine (a se vedea subsecțiunea 8.2) și nu depinde de echipamentul experimental). Pentru această estimare folosim relația (8.6) și obținem

unde Γ este considerată valoarea corespunzătoare lățimii liniei spectrale ideale la jumătatea înălțimii sale, iar m este durata de viață caracteristică a nucleului în starea excitată.

Raportul dintre lățimea naturală a liniei spectrale și valoarea energiei de tranziție (pentru tranziția rezonantă Co 57 -> Fe 57, de exemplu) este:

Aceasta arată că, în termeni relativi, o astfel de linie spectrală este foarte îngustă.

Dacă acum direcționăm această radiație către o a doua probă, similară cu prima, atunci, datorită îndeplinirii condițiilor de rezonanță, în ea ar trebui să se producă fenomenul opus, adică. absorbtie rezonanta. Într-adevăr, energia cuantei y emise corespunde exact diferenței de energie? vshb - E femela Cu toate acestea, există cel puțin doi factori care deranjează o astfel de rezonanță. Primul factor este recul pe care îl experimentează nucleul atunci când emite un cuantic y. Să stabilim cantitatea de energie R recul.

În modelul nucleelor ​​libere în repaus, legea conservării impulsului cere ca impulsul unui nucleu în stare excitată, egal cu zero înainte de tranziția energetică, să fie egal cu impulsul total al nucleului și cuantumul radiației după emisie, adică p, = p i(impulsul cuantumului este egal cu p t =E y/c, Unde E y - energie cuantică; Cu - viteza luminii). De aceea

Magnitudinea R, de regulă, câteva ordine de mărime mai mari decât Γ pentru toate nucleele adecvate pentru observarea efectului de rezonanță (în cazul exemplului considerat anterior R/Y- 10 5). Spre comparație, remarcăm că în cazul tranzițiilor electronice optice cu energii de -1-10 eV, cu o valoare a lățimii naturale Г - 10 -8 eV comparabilă cu cazul nuclear, energia de recul a sistemului atomic. este R- 10 -9 -10 -p eV, i.e. valoare neglijabilă (comparativ cu lăţimea naturală). R/T

Datorită prezenței reculului în cazul tranzițiilor energetice nucleare, linia spectrală de emisie a unui nucleu liber se va deplasa de-a lungul scalei de energie cu cantitatea de energie. R revine în direcția scăderii sale. În sine, această deplasare este mică, mai ales în comparație cu energia cuantică (10 4 eV), cu toate acestea, este mare în comparație cu lățimea naturală a liniei spectrale (10 -8 eV). Linia spectrală de absorbție se va deplasa și ea într-un mod similar (pentru că și aici trebuie luată în considerare energia de recul a miezului absorbant), dar spre energii mai mari (recul „în sens invers”, adică cu semn negativ). Liniile a căror lățime naturală este de ~10 -8 eV vor diverge cu o cantitate de 2 R= 10_3 e (Fig. 9.10). Astfel, se dovedește că în condițiile luate în considerare practic nu există nicio suprapunere a liniilor spectrale (condiția de rezonanță nu este îndeplinită) și, prin urmare, nu există absorbție rezonantă.


Orez. 9.10.

Al doilea factor care interferează cu observarea rezonanței este mișcarea termică a atomilor. Diverse nuclee pot emite y-quanta în timp ce se află în mișcare termică aleatorie. În acest caz, ca urmare a manifestării haotice a efectului Doppler (vezi subsecțiunile 1.5.2.2 și 2.8.4), liniile de emisie și absorbție se vor lărgi (până la lățimea indicată în Fig. 9.10 ca D), Mai mult, la temperatura camerei această lărgire este mult mai mare decât lățimea naturală a liniilor (linii înguste în Fig. 9.10). Ca urmare, doar „cozile” liniilor spectrale se pot suprapune parțial (zonele punctate din Fig. 9.10), iar absorbția va fi o cantitate neglijabilă din efectul așteptat.

O imagine complet diferită va fi observată dacă nucleele sursă și nucleele absorbante sunt introduse într-un corp solid, de exemplu, într-o rețea cristalină. În acest caz, analiza trebuie să considere întregul cristal ca un sistem închis. Teoria efectului (la energii ale cuantei y mai mici decât energia de legare a atomilor dintr-un cristal) arată că atunci când un cuantic y este emis de unul dintre nuclee, se pot realiza două posibilități. Prima posibilitate este crearea în cristal a unei unde elastice, a unei excitații colective - un fonon (vezi subsecțiunea 2.9.5 și mai departe 10.3.1), care va duce cu ea excesul de energie al cuantiei y. Acesta este un cuantic „nerezonant” împrăștiat. O altă posibilitate poate fi emisia unui cuantic y, atunci când energia de recul este transferată către întregul cristal (absorbție fără excitarea fononilor). În acest caz, în formula (9.58) pentru energia de recul în loc de masa miezului eu, a emis un cuantic y, acum ar trebui să înlocuim masa macroscopică (M"t i) cristal, atunci recul va deveni practic egal cu zero, iar energia cuantumului y va fi egală cu diferența de energie

?„ozb - Eosn- Deoarece se ia în considerare radiația unui nucleu fixat direct în cristal, lărgirea Doppler din cauza mișcării termice este, de asemenea, mică în comparație cu nucleele libere. Drept urmare, liniile de emisie și absorbție se vor îngusta la o lățime aproape naturală, zonele lor se vor suprapune (maximele vor coincide) - va apărea rezonanță.


unde este pătratul mediu al deplasării nucleelor ​​din poziția de echilibru în timpul vibrațiilor termice ale atomilor (în direcția de emisie a cuantelor - de-a lungul axei Oh)

Fenomenul de absorbție rezonantă a unui cuantic y într-un solid a fost descoperit pentru prima dată de fizicianul german R. Mössbauer în 1958, iar efectul în sine îi poartă numele. Efectul este în emisia și absorbția rezonantă a razelor y fără recul. Conform teoriei dezvoltate de Lamb și Mössbauer, raportul dintre numărul de cuante gamma emise în rezonanță (sau absorbite) și numărul lor total, numit probabilitatea efectului Mössbauer (sau factorul Debye-Waller), este definit ca

X =- - lungimea de undă a cuantumului emis (absorbit).

Adică, probabilitatea este direct (exponențial) legată de mobilitatea atomilor din cristal.

Cum poate fi observată experimental absorbția rezonantă a razelor y? Să explicăm acest lucru folosind diagrama prezentată în fig. 9.11.

Să presupunem că substanțele sursei de radiație și ale absorbantului sunt aceleași (sistemele lor electron-nucleare sunt aceleași) și se află în aceleași condiții externe. Valoarea maximă a absorbției rezonante trebuie respectată atunci când sursa de radiație este în repaus în raport cu absorbantul (viteza relativă de mișcare o = 0). Când, de exemplu, sursa se mișcă în raport cu absorbantul, această absorbție rezonantă poate fi ușor întreruptă prin modificarea energiei radiației din cauza efectului Doppler; acest lucru necesită viteze foarte mici, deoarece este necesar să ne „depărtăm”

linii de emisie și absorbție Fig. 9.11. Schema unei configurații experimentale pentru energie scăzută, egală cu o configurație de observație

Știu mai multe G, nu R. efectul Mössbauer

Din condiția --- ~ 10 -12 putem estima viteza relativei A E s

mișcare semnificativă a sursei și a absorbantului, care poate distruge rezonanța. Obținem numere uimitoare (de la fracții de mm/s la cm/s) și o concluzie: în ciuda faptului că y-quanta se propagă cu viteza luminii, mișcarea relativă la viteză mică deranjează rezonanța!

Măsurând intensitatea radiației trecute prin absorbant în funcție de viteza sursei față de absorbant, se obține un spectru de absorbție Mössbauer sau de rezonanță gamma (spectru de absorbție - Fig. 9.12).


Orez. 9.12. Spectrul de absorbție de rezonanță gamma experimentală (Mössbauer) al antiferomagnetului FeF 3, înregistrat la 4 K

Toate celelalte procese de interacțiune a radiației y cu materia, care le însoțesc pe cele luate în considerare, dar nu sunt de natură rezonantă, i.e. nu depind de viteza relativă de mișcare a sursei de radiație și a absorbantului, nu distorsionează imaginea spectrală și nu apar direct în spectrul Mössbauer.

Sunt posibile și altele tehnici experimentale, pe baza efectului Mössbauer, în special, folosind sursa de radiație în sine, care conține nuclee radioactive, ca substanță studiată, și o substanță standard ca absorbant. Acest tip de spectroscopie se numește emisie precum și experimente cu radiații rezonante împrăștiate etc.

Aplicații chimice Efectul Mössbauer și spectroscopia de rezonanță gamma bazată pe acesta sunt discutate în subsecțiunea

ABSORBȚIA REZONAnței

absorbția fotonilor cu frecvența v = (E n - E0)/h, Unde E pși E 0 - energiile stărilor excitate și fundamentale ale sistemului absorbant (de exemplu, un atom), h - Bara este constantă. R. p. se observă şi în fizica nucleara(cm. efectul Mossbauer).


Marele Dicţionar Politehnic Enciclopedic. 2004 .

Vedeți ce este „ABORȚIA REZONTAnței” în alte dicționare:

    absorbtie rezonanta- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Dicționar englez-rus de inginerie electrică și inginerie energetică, Moscova, 1999] Subiecte de inginerie electrică, concepte de bază EN absorbția de rezonanță ...

    absorbtie rezonanta- rezonansinė sugertis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektromagnetinių bangų, kurių dažnis lygus (arba beveik lygus) medžiagos ar terpės atomų elektronų, molekulių atomų elektronų, molekulių atomų, branduolių virų nukleon… Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

    absorbtie rezonanta- rezonansinė sugertis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. absorbția rezonanței; absorbţie rezonantă vok. Absorbție de rezonanță, f rus. absorbţie rezonantă, n pranc. absorbție prin rezonanță, f; absorbție résonante, f … Fizikos terminų žodynas

    Absorbția selectivă a cuantei g de către nucleele atomice, datorită tranziții cuantice nucleii într-o stare excitată. Când este iradiat în cuante va g, împreună cu procesele obișnuite de interacțiune cu cuante (vezi RADIAȚIA GAMMA), R.p.g.i. este posibil atunci când g ... Enciclopedie fizică

    absorbția rezonantă a radiațiilor gamma- - [A.S. Goldberg. Dicționar energetic englez-rus. 2006] Subiecte de energie în general EN rezonanță gamma absorbție ... Ghidul tehnic al traducătorului

    absorbția neutronilor rezonanți- - [A.S. Goldberg. Dicționar energetic englez-rus. 2006] Subiecte de energie în general EN neutron resonance absorptionresonance neutron absorption ... Ghidul tehnic al traducătorului

    absorbția rezonantă a radiațiilor de către gaz- Absorbția radiației de către atomii de gaz neexcitați (adică cei aflați în stare normală), în care fotonii sunt absorbiți complet și atomii intră într-o stare excitată... Dicționar terminologic explicativ politehnic

    absorbția prin rezonanță spin- sukininė rezonansinė sugertis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. spin rezonanță absorbție vok. Spinresonanzabsorbtion, f rus. spin resonance absorbtion, n pranc. absorption par résonance de spin, f … Fizikos terminų žodynas

    Conversia energiei electrice mag. unde radio care se propagă în mediu prin alte tipuri de energie. Există P. nerezonante și rezonante... Enciclopedie fizică

    Absorbția rezonantă a cuantei γ de către nucleele atomice, observată când sursa și absorbantul radiației γ sunt solide, iar energia cuantei γ este scăzută (efect Mössbauer 150 keV). Uneori M. e. numită absorbție rezonantă fără recul,... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Mössba uera effe kt, absorbția rezonantă a g-quanta de către nucleele atomice, observată atunci când sursa și absorbantul de radiație g sunt solide, iar energia g-quanta este scăzută (~ 150 keV). Uneori, efectul Mössbauer este numit absorbție rezonantă fără recul sau rezonanță gamma nucleară (NGR).

În 1958, R. Mössbauer a descoperit că pentru nucleele care fac parte din solide, la energii scăzute ale tranzițiilor g, emisia și absorbția g-quanta poate avea loc fără pierderi de energie din cauza reculului. În spectrele de emisie și absorbție se observă linii nedeplasate cu o energie exact egală cu energia tranziției g, iar lățimile acestor linii sunt egale cu (sau foarte apropiate) lățimii naturale G. În acest caz, liniile de emisie și absorbție se suprapun, ceea ce face posibilă observarea absorbției rezonante a razelor gamma.

Acest fenomen, numit efect Mössbauer, se datorează naturii colective a mișcării atomilor într-un solid. Datorită interacțiunii puternice a atomilor din solide, energia de recul nu este transferată într-un nucleu separat, ci este transformată în energia vibrațiilor rețelei cristaline, cu alte cuvinte, recul duce la nașterea fononilor. Dar dacă energia de recul (calculată pe nucleu) este mai mică decât energia fononică medie caracteristică unui anumit cristal, atunci recul nu va duce la nașterea unui fonon de fiecare dată. În astfel de cazuri „fără fonon”, recul nu modifică energia internă a cristalului. Energia cinetică pe care o dobândește cristalul în ansamblu, percepând impulsul de recul al cuantumului g, este neglijabilă. Transferul de impuls în acest caz nu va fi însoțit de transferul de energie și, prin urmare, poziția liniilor de emisie și absorbție va corespunde exact energiei E a tranziției.

Probabilitatea unui astfel de proces atinge câteva zeci de procente dacă energia tranziției g este suficient de mică; În practică, efectul Mössbauer se observă numai la D E » 150 keV (cu creșterea E, crește probabilitatea producerii de fonon în timpul reculului). Probabilitatea efectului Mössbauer depinde, de asemenea, puternic de temperatură. Adesea, pentru a observa efectul Mössbauer, este necesar să se răcească sursa de raze gamma și absorbantul la temperatura azotului lichid sau a heliului lichid, totuși, pentru tranzițiile gamma de energii foarte scăzute (de exemplu, E = 14,4 kev pentru tranziția gamma). din nucleul de 57 Fe sau 23,8 kev pentru tranziția g a nucleului de 119 Sn) Mössbauer, efectul poate fi observat până la temperaturi care depășesc 1000 °C. Toate celelalte lucruri fiind egale, probabilitatea efectului Mössbauer este mai mare, cu cât interacțiunea atomilor într-un solid este mai puternică, adică cu atât energia fononului este mai mare. Prin urmare, cu cât temperatura Debye a cristalului este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea efectului Mössbauer.

Proprietatea esențială a absorbției rezonante fără recul, care a transformat efectul Mössbauer dintr-un experiment de laborator în metoda importanta cercetare, este lățimea extrem de mică a liniei. Raportul dintre lățimea liniei și energia cuantumului g cu efectul Mössbauer este, de exemplu, pentru 57 de nuclee Fe valoarea „3´ 10 -13”, iar pentru 67 de nuclee de Zn „5.2´ 10 -16”. Asemenea lățimi ale liniilor nu au fost atinse nici măcar într-un laser cu gaz, care este sursa celor mai înguste linii din domeniul infraroșu și vizibil al undelor electromagnetice. Cu ajutorul efectului Mössbauer, s-a dovedit a fi posibil să se observe procese în care energia cuantumului g diferă cu o cantitate extrem de mică (»G sau chiar fracții mici de G) de energia de tranziție a nucleelor ​​absorbante. . Astfel de modificări de energie duc la o deplasare a liniilor de emisie și absorbție unele față de altele, ceea ce implică o modificare a mărimii absorbției rezonante, care poate fi măsurată.

Capacitățile metodelor bazate pe utilizarea efectului Mössbauer sunt bine ilustrate de un experiment în care a fost posibilă măsurarea în condiții de laborator a modificării frecvenței unui cuantum de radiație electromagnetică în câmpul gravitațional al Pământului, prezis de teoria relativității. În acest experiment (R. Pound și G. Rebki, SUA, 1959), sursa de radiație g a fost situată la o înălțime de 22,5 m deasupra absorbantului. Modificarea corespunzătoare a potențialului gravitațional ar fi trebuit să ducă la o modificare relativă a energiei cuantumului g cu 2,5´ 10 -15. Deplasarea liniilor de emisie și absorbție s-a dovedit a fi în conformitate cu teorie.

Sub influența câmpurilor electrice și magnetice interne care acționează asupra nucleelor ​​atomilor din solide (vezi Câmpul cristalin), precum și sub influența factorilor externi (presiunea, câmpurile magnetice externe), pot avea loc schimbări și divizarea nivelurilor de energie nucleară, și, în consecință, modificări ale energiei de tranziție. Deoarece amploarea acestor modificări este legată de structura microscopică a solidelor, studierea deplasării liniilor de emisie și absorbție face posibilă obținerea de informații despre structura solidelor. Aceste deplasări pot fi măsurate folosind spectrometrele Mössbauer ( orez. 3). Dacă g -quanta sunt emise de o sursă care se deplasează cu o viteză v în raport cu absorbantul, atunci ca urmare a efectului Doppler, energia g -quanta incidentă asupra absorbantului se modifică cu cantitatea Ev/c (pentru nucleele utilizate de obicei la observarea efectului Mössbauer, modificarea energiei E cu cantitatea G corespunde valorilor vitezei v de la 0,2 la 10 mm/sec). Măsurând dependența mărimii absorbției rezonante de v (spectrul absorbției rezonante Mössbauer), se găsește valoarea vitezei la care liniile de emisie și absorbție sunt în rezonanță exactă, adică atunci când absorbția este maximă. Valoarea lui v determină deplasarea D E între liniile de emisie și absorbție pentru o sursă staționară și un absorbant.

Pe orez. 4, și arată un spectru de absorbție format dintr-o linie: liniile de emisie și de absorbție nu sunt deplasate una față de alta, adică sunt în rezonanță exactă la v = 0. Forma liniei observate poate fi descrisă cu suficientă acuratețe prin curba Lorentz (sau formula Breit - Wigner) cu o lățime la jumătatea înălțimii de 2G. Un astfel de spectru se observă numai atunci când substanțele sursei și absorbantului sunt identice din punct de vedere chimic și când nucleii atomilor din aceste substanțe nu sunt afectați nici de câmpuri magnetice, nici de câmpuri electrice neomogene. În cele mai multe cazuri, în spectre se observă mai multe linii (structură hiperfină), cauzate de interacțiunea nucleelor ​​atomice cu câmpurile electrice și magnetice extranucleare. Caracteristicile structurii hiperfine depind atât de proprietățile nucleelor ​​din stările fundamentale și excitate, cât și de caracteristicile structurale ale solidelor, care includ nucleele emitente și absorbante.

Cele mai importante tipuri de interacțiuni ale nucleului atomic cu câmpurile extranucleare sunt interacțiunile monopolul electric, cvadrupolul electric și dipolul magnetic. Interacțiunea monopolului electric este interacțiunea unui nucleu cu câmp electrostatic creat în regiunea nucleului de electronii care îl înconjoară; duce la apariția unei deplasări de linie d în spectrul de absorbție ( orez. 4, b), dacă sursa și chiuveta nu sunt identice din punct de vedere chimic sau dacă distribuția incarcare electricaîn nucleu este diferit în stările fundamentale și excitate (vezi Izomeria nucleelor ​​atomice). Acest așa-zis izomerul sau deplasarea chimică este proporțională cu densitatea electronilor din regiunea nucleului, iar valoarea acestuia este o caracteristică importantă a legăturii chimice a atomilor din solide (vezi Chimia cristalului). După mărimea acestei deplasări se poate aprecia natura ionică și covalentă a unei legături chimice, sarcinile efective ale atomilor din compușii chimici, electronegativitatea atomilor care alcătuiesc moleculele etc. Studiul deplasărilor chimice face posibilă, de asemenea, obținerea de informații despre distribuția sarcinii în nucleele atomice.

O caracteristică importantă a efectului Mössbauer pentru fizica stării solide este, de asemenea, probabilitatea acestuia. Măsurarea probabilității efectului Mössbauer și a dependenței acestuia de temperatură ne permite să obținem informații despre caracteristicile interacțiunii atomilor din solide și despre vibrațiile atomilor din rețea cristalină. Măsurătorile care utilizează efectul Mössbauer sunt diferite selectivitate ridicată, deoarece În fiecare experiment, absorbția rezonantă este observată numai pentru nucleele de un singur tip. Această caracteristică a metodei face posibilă utilizarea eficientă a efectului Mössbauer în cazurile în care atomii, pe nucleele cărora se observă efectul Mössbauer, fac parte din solide sub formă de impurități. Efectul Mössbauer a fost folosit cu succes pentru a studia stările electronice ale izotopilor de impurități a 41 de elemente; cea mai usoara dintre ele este de 40 K, cea mai grea este de 243 At.

Lit.: efect Mossbauer. sat. Art., ed. Yu. Kagana, M., 1962; Mössbauer R., Efectul RK și semnificația lui pentru măsurători precise, în colecția: Science and Humanity, M., 1962; Frauenfelder G., Efectul Mossbauer, trad. din engleză, M., 1964; Wertheim G., Efectul Mossbauer, trad. din engleză, M., 1966; Spinel V.S., Resonance of gamma rays in crystals, M., 1969; Aplicații chimice ale spectroscopiei Mössbauer, trans. din engleză, ed. V. I. Goldansky [și alții], M., 1970; Efectul Mossbauer. sat. traduceri de articole, ed. N. A. Burgov și V. V. Sklyarevsky, trad. din engleză, germană, M., 1969.

N. N. Delyagin.


Orez. 3. Diagrama simplificată a unui spectrometru Mössbauer; Sursa de g-quanta, folosind un dispozitiv mecanic sau electrodinamic, este pusă în mișcare alternativă la o viteză v în raport cu absorbantul. Folosind un detector de radiații g, se măsoară dependența de viteza v a intensității fluxului de g-quanta care trece prin absorbant.


Orez. 4. Spectrele de absorbție rezonantă Mössbauer a g-quantelor: I - intensitatea fluxului de g-quanta care trece prin absorbant, v - viteza de mișcare a sursei de g-quanta; a - linii unice de emisie și absorbție, nedeplasate una față de alta la v = 0; b - deplasarea izomeră sau chimică a liniei. Deplasarea d este proporțională cu densitatea electronilor din regiunea nucleului și variază în funcție de caracteristicile legăturii chimice a atomilor din solid; c - dublet cvadrupol observat pentru izotopii 57 Fe, 119 Sn, 125 Te etc. Mărimea divizării D este proporțională cu gradientul câmpului electric din regiunea centrală: d - structură magnetică hiperfină observată în spectrele de absorbție pentru materiale ordonate magnetic. Distanța dintre componentele structurii este proporțională cu tensiunea camp magnetic, care acționează asupra nucleelor ​​atomilor dintr-un solid.



Orez. 1. Reprezentarea schematică a proceselor de emisie și absorbție rezonantă a g-quantelor; Nucleele emițătoare și absorbante sunt aceleași, prin urmare energiile stărilor lor excitate E" și E"" sunt egale.



Orez. 2. Deplasarea liniilor de emisie și absorbție în raport cu energia tranziției Eg; G - lățimi de linii.

Lasă un flux staționar de neutroni să cadă pe un strat de materie. Vom presupune că putem schimba fără probleme energia neutronilor incidenti. Apoi puteți observa că pentru anumite valori energie kinetică neutron, există o creștere bruscă a probabilității de captare a particulelor de către nucleele materiei cu formarea unui nucleu compus. Acest fenomen se numește absorbție rezonantă. Absorbția rezonantă are loc atunci când energia particulei incidente este astfel încât nucleul intermediar format este aproape de una dintre stările sale cuantice. Aranjamentul nivelurilor de energie ale nucleului țintă și al nucleului compus este prezentată în Fig. 2.3.1.

Nivelurile de energie ale nucleului țintă și compus

Energie E 0 corespunde stării excitate a unui nucleu compus când nucleul țintă captează neutroni cu energie cinetică zero (931 MeV – energia de repaus a neutronilor).

Neutronul intră în câmp forte nucleare, accelerează și, în cazul unei coliziuni directe, eliberează non-excitația E = 8 MeV. Prin urmare, cunoașterea energiei E 0, putem găsi nivelul stării fundamentale al nucleului compus și apoi putem desena locația nivelurilor cuantice ale nucleului compus.

În funcție de energia cinetică a neutronului incident, nucleul compus nou format are o energie de excitație diferită. Conform diagramei din fig. 2.3.1. la energie cinetică de neutroni zero, nucleul compus nu va fi în starea sa cuantică. Dacă neutronul are o energie cinetică egală cu E n = E 1 - E 0 = E* k, atunci în acest caz nucleul compus rezultat va avea energie corespunzătoare nivelului cuantic, deci probabilitatea de a capta un neutron cu energia E La = E 1 - E 0 va fi semnificativ. Există, de asemenea, un număr de energii neutronice la care se va observa captarea rezonantă (de exemplu, E La = E 2 - E 0).

Conform mecanicii cuantice, fiecare dintre nivelurile excitate are o anumită lățime, deoarece are o durată de viață medie finită. În conformitate cu aceasta, există o anumită gamă de energii neutronice la care va avea loc absorbția rezonantă. Dacă lățimea unui nivel cuantic devine comparabilă cu distanța dintre niveluri, atunci conceptul de absorbție rezonantă devine inacceptabil. La energia de excitaţie E la 8 MeV distanța dintre niveluri pe nucleele grele este (1¸10) eV. În acest caz, neutronii cu energie cinetică în limitele lui E "(1¸100) eV, va fi rezonant. Dacă avem de-a face cu nuclee ușoare, atunci distanța dintre niveluri la E Exc » 8 MeV are o valoare de ordinul 104 eV, adică absorbţia rezonantă se va observa la energia neutronilor E n » 10 4 eV, dar în același timp secțiunea transversală de absorbție în sine scade brusc și nu se observă rezonanțe pronunțate.

Cu o energie cinetică neutronică de ~1 MeV, nucleul compus rezultat va avea o energie de excitație de aproximativ Eîn » 9 MeV. Dar la astfel de energii, distanțele dintre niveluri devin de același ordin de mărime cu lățimea nivelului, deci nu există absorbție rezonantă în acest caz.

La o rezonanță izolată, dependența secțiunii transversale a captării neutronilor de energie este descrisă de formula Breit - Wigner, obţinut prin metode mecanica cuantică:


unde A este o anumită constantă, E r este energia de rezonanță a neutronului, E– energia neutronilor, Г – lățimea nivelului. Graficul aproximativ al dependenței s( E) este prezentată în fig. 2.3.2.

Dependența secțiunii transversale pentru interacțiunea neutronilor cu nucleele de energia din regiunea de rezonanță