Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Ядрен гама-резонанс

<== предишна статия | следващата статия ==>

Енергията на ядрото се квантува. Когато ядрото премине от възбудено състояние към основното състояние, -Сточи с енергия , Най-вероятната стойност на тази енергия за безкрайно тежко свободно ядро ​​е равна на разликата на енергиите на нейните земни и възбудени състояния: , Обратният процес съответства на абсорбцията на g-квантов с енергия, близка до ,

Когато набор от идентични ядра е възбуден на същото ниво, енергията на излъчените кванти ще се характеризира с определено разпръскване около средната стойност ,

Фигура 1.13 Диаграма, илюстрираща квантовите преходи с излъчване и поглъщане на електромагнитни кванти (а) и типа на емисионните и абсорбционните линии в оптичните (б) и ядрените (в) случаи.

Контурът на линията на поглъщане се описва със същата връзка като контура на емисионната линия (фиг. 1.13). Ясно е, че ефектът от резонансното поглъщане на електромагнитното излъчване в оптичния обхват, когато оптичните кванти, излъчвани при преноса на електрони възбуждат атомите до по-ниски електронни нива, се резонансно абсорбират от вещество, съдържащо атоми от същия вид. Явлението на статична резонансна абсорбция се наблюдава добре, например, на натриева пара.

За съжаление, феноменът на резонансната ядрена абсорбция върху свободните ядра не се наблюдава. Причината е, че моделът на тежките ядра (атоми), когато загубата на енергия се отдръпва по отношение на малък, справедлив към оптичен резонанс и напълно неприложим за ядрената енергия. Гама-квантите, излъчвани в ядрените преходи, имат значително по-висока енергия - десетки и стотици keV (в сравнение с няколко десетки eV за квантите на видимата област). При сравними стойности на живота и съответно близки стойности на естествената ширина на електронните и ядрените нива в ядрената кутия, енергията на отката играе много по-важна роля в излъчването и абсорбцията:

, (1.13)

където - инерцията на отката на ядрото е равна по величина на излъчения импулс - кванта, m е масата на ядрото (атома).

Следователно в оптичния случай и не се наблюдава резонанс върху свободните ядра (виж Фиг. 1.13 b и c).

Рудолф Мосбауер изучава абсорбцията кванти, излъчвани от изотопа Ir, в кристал Ir открива, за разлика от предсказанията на класическата теория, увеличаване на разсейването -кванта при ниски температури (T≈77K). Той показа, че наблюдаваният ефект е свързан с резонансната абсорбция -квантови ядра от атоми Ir и даде обяснение за неговата природа.

При експериментите върху ефекта на Мьосбауер не се измерват самите емисионни (или абсорбционни) линии, а се измерват кривите на резонансната абсорбция (месбауеров спектър). Уникалните приложения на ядрено-гама резонансния метод в химията и физиката на твърдото тяло се дължат на факта, че ширината на компонентите на месбауеров спектър на отделни резонансни линии е по-малка от енергиите на магнитните и електрическите взаимодействия на ядрото с околните електрони. Мьосбауеров ефект е ефективен метод за изследване на широк спектър от явления, засягащи тези взаимодействия.

Най-простата схема за наблюдение на Mössbauer ефекта в трансмисионната геометрия включва източник, абсорбер (тънка проба от изследвания материал) и детектор на рентгенови лъчи (фиг. 1.14).

Фиг. 1.14 Схема на експеримента Mössbauer: 1 - електродинамичен вибратор, определящ различни стойности скорост на източника; 2 - Mössbauer източник; 3 - абсорбент, съдържащ ядра на Mössbauer изотоп; 4 - детектор на g-квантите, предавани през абсорбера (обикновено пропорционален брояч или фотоумножител).

Източник на лъчите трябва да имат определени свойства: имат голям полуживот на ядрото, в случая на разпадане на което ядрото на резонансния изотоп се ражда в възбудено състояние. Енергията на Мьосбауеров преход трябва да бъде сравнително малка (така че енергията на отката да не надвишава енергията, необходима за изместване на атома и на решетката), емисионната линия е тясна (това осигурява висока разделителна способност) и вероятността от не-фонова радиация е голяма. Източникът на g-квантите най-често се получава чрез въвеждане на Mössbauer изотоп в метална матрица чрез дифузионно отгряване. Материалът на матрицата трябва да бъде диа- или парамагнитен (изключва се магнитното разделяне на ядрени нива).

Като абсорбери се използват тънки проби под формата на фолио или прахове. При определяне на необходимата дебелина на пробата трябва да се вземе под внимание вероятността за ефекта на Mossbauer (за чисто желязо оптималната дебелина е ~ 20 μm). Оптималната дебелина е резултат от компромис между необходимостта от работа с тънък абсорбатор и висок абсорбционен ефект. За да се регистрирате - кванта преминава през пробата, най-широко използваните сцинтилационни и пропорционални броячи.

Получаването на резонансен абсорбционен спектър (или Mössbauer спектър) предполага промяна в резонансните условия, за които е необходимо да се модулира енергията лъчи. Използваният в момента модулационен метод се основава на ефекта на Доплер (най-често се определя движението на източника на g-квантите спрямо абсорбера).

G-квантовата енергия се дължи на Доплеровия ефект

=E = , (1.14)

където - абсолютната стойност на скоростта на източника спрямо абсорбера; c е скоростта на светлината във вакуум; - ъгълът между посоката на движение на източника и посоката на излъчване на r-кванти.

Тъй като в експеримента ъгъл заема само две стойности = 0 и след това = Е = (положителен знак съответства на сближаване, а отрицателен - на разстоянието на източника от абсорбера).

В отсъствието на резонанс, например, когато ядрото на резонансния изотоп липсва в абсорбера или когато доплеровата скорост е много висока ( което съответства на разрушаването на резонанса, дължащо се на твърде много промени в енергията квант), максималната част от лъчението, излъчвано по посока на абсорбера, попада в детектор, разположен зад него. Сигналът от детектора се усилва и импулсите от индивида квантите се записват от анализатора. Обикновено регистрирате номера -канта за същите интервали при различни , В случая на резонанс, r-кванти се абсорбират и повторно излъчват от абсорбера в произволни посоки (фиг. 1.14). Процентът на излъчване на детектора намалява.

В експеримента на Мьосбауер зависимостта на интензивността на излъчената от абсорбера радиация (броят на регистрираните от детектора импулси) върху относителната скорост на източника , Абсорбционният ефект се определя от съотношението

, (1.15)

където - броят на r-кванти, регистрирани от детектора за известно време при стойността на доплеровата скорост (в експеримента с помощта на дискретен набор от скорости ); - същото с когато абсорбцията на резонанса липсва. в зависимост от и те определят формата на кривата на резонансната абсорбция на сплавите и железните съединения, които са в рамките на ± 10 mm / s.

Вероятността за Mössbauer ефект се определя от фононния спектър на кристалите. В областта на ниските температури ( ) вероятността достига стойности, близки до единството, и в областта на високите ( ) тя е много малка. При равни други условия вероятността от нефононна абсорбция и емисия е по-голяма в кристалите с висока температура на Дебай (определя твърдостта на междуатомната връзка).

Вероятността на ефекта се определя от спектъра на еластичните осцилации на атомите в кристалната решетка. Линията на Мьосбауер е интензивна, ако амплитудата на атомните колебания е малка в сравнение с дължината на вълната на r-кванти, т.е. при ниски температури. В този случай емисионният и абсорбционният спектър се състои от тясна резонансна линия (безфонични процеси) и широка компонента, дължаща се на промяната на вибрационните състояния на решетката по време на излъчване и поглъщане на r-кванти (ширината на последната с шест реда по-голяма от ширината на резонансната линия).

Анизотропията на междуатомната връзка в решетката предизвиква анизотропията на амплитудата на атомните вибрации и следователно различната вероятност за неабсорбция в различни кристалографски посоки. За единични кристали могат да бъдат измерени не само осреднени, но и ъглови зависимости.

В приближението на тънкия абсорбент, вероятността от беспонни преходи е пропорционална на площта под кривата на резонансната абсорбция.

Ядрен гама-резонанс може да се използва за изследване на вибрационните свойства на решетка от твърди или примесни атоми в тази решетка. Най-удобният експериментален параметър в този случай е областта на спектъра S, тъй като тя е интегрална характеристика и не зависи от формата на емисионния спектър на резонансните кванти и самопоглъщането в източника. Тази област е запазена, когато спектърът е разделен на няколко компонента в резултат на свръхфинни взаимодействия.

Най-простият резонансен спектър на абсорбция на тънък абсорбер е една линия от формата на Лоренц. Интензитетът на излъчената от абсорбера радиация е минимален при максимума на абсорбция.

Като пример на фиг. 1.15 показва месбауеровите спектри на чистото желязо.

Фиг. 1.15 Месбауеров спектър на чисто желязо.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Феноменът на стохастичния резонанс в нелинейните системи

Метод на Браг

Теория на хаоса

Сканиращи магнитни микроскопи на базата на интерферометри SQUID

Физически основи на СКВИД - микроскопия

Старк ефект

Растерни (сканиращи) електронни микроскопи

Сензори, използващи химични и биологични процеси на повърхността на конзолата

Физически основи на нанотехнологиите, получаване на наноматериали

Принципи на изграждане на сензорни самоорганизиращи се системи

Показва се MEMS.

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 4389

11.45.9.51 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .