эффект Мёссбауэра (англ. Mössbauer effect) — явление резонансного поглощения гамма-квантов атомными ядрами без потери энергии на отдачу импульса.

Описание

Ядра атомов могут находиться в основном и возбужденном состояниях. Переход ядра из одного состояния в другое сопровождается либо поглощением, либо испусканием гамма-кванта коротковолнового рентгеновского излучения (рис. а). Энергия гамма-кванта определяется разностью энергий между основным и возбужденным состояниями ядра атома (ET ), энергией отдачи ядра (R ~ 10–1 эВ для свободных атомов) и допплеровским сдвигом (D), вызванным поступательным движением ядра:

Eиспускания = EТ  R± D (энергия гамма-квантов, испускаемых источником),

Eпоглощения = EТ + R ± D (энергия гамма-квантов, поглощаемых образцом).

Условие резонанса достигается тогда, когда испускаемый возбужденным ядром гамма-квант будет поглощен ядром, находящимся в основном состоянии:

EиспусканияEпоглощения.

Графически такое условие может быть представлено в виде области перекрывания площадей кривых распределения по энергиям испускаемых и поглощаемых квантов (рис. б). Вероятность резонансного процесса возрастает, если ядро-излучатель и ядро-поглотитель фиксированы в жесткой кристаллической решетке. В этом случае при поглощении фотона энергия отдачи превращается в энергию колебаний кристаллической решетки, т. е. отдачу испытывает все твердое тело. Принимая во внимание, что масса тела бесконечно велика по сравнению с массой отдельного атома, энергия отдачи становится пренебрежимо малой (R ~ 10–4 эВ).

Эффект резонанса, как правило, наблюдается только в твердом теле для ядер стабильных изотопов (их насчитывается около 80), наиболее широкое применение среди которых нашли Fe57 и Sn119. Измерения вероятности эффекта Мёссбауэра и ее зависимости от температуры позволяют получить сведения об особенностях взаимодействия атомов в твердых телах и колебаниях кристаллической решетки. Благодаря этому мессбауровский эффект широко применяется как метод исследования твердых тел (см. спектроскопия, мёессбауэровская).

Иллюстрации

а — Схема резонансного поглощения гамма-кванта; б — распределение испускаемых и поглощаемых гам
а — Схема резонансного поглощения гамма-кванта; б — распределение испускаемых и поглощаемых гамма-квантов по энергиям.

Автор

  • Стрелецкий Алексей Владимирович

Источники

  1. Драго Р. Физические методы в химии. Т. 2. — М.: Мир, 1981. — 456 с.
  2. Вилков Л. В., Пентин Ю. А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. — М.: Высшая школа, 1989. — 288 с.

Напишите нам