Эффект Мёссбауэpа и его применение

Атомы особенно интенсивно поглощают свет частоты, соответствующей переходу из основного в ближайшее к нему возбужденное состояние. Это явление называется резонансным поглощением. Возвращаясь затем в основное состояние, атомы испускают фотоны резонансной частоты. Соответствующее излучение носит название резонансного.

Наблюдение резонансного поглощения g -квантов ядрами долгое время считалось невозможным, так как при переходе ядра из возбужденного состояния с энергией E в основное (его энергия принята равной нулю) излучаемый g -квант имеет несколько меньшую, чем E, из-за отдачи ядра в процессе излучения: , где - кинетическая энергия отдачи ядра. При возбуждении же ядра и переходе его из основного состояния в возбужденное с энергией E g -квант должен иметь , где - энергия отдачи ядра, которую g -квант должен передать поглощающему ядру. Таким образом, максимумы линий излучения и поглощения сдвинуты относительно друг друга на 2.

Например, возбужденное состояние изотопа иридия имеет энергию 129 кэВ, а время его жизни порядка , так что ширина уровня . Энергия же отдачи при излучении с этого уровня , т.е. на три порядка больше ширины уровня. Естественно никакое резонансное поглощение в таких условиях невозможно. Из опытов также следовало, что резонансное поглощение не наблюдается на свободных ядрах.

Резонансное поглощение g -излучения может быть получено только при компенсации потери энергии на отдачу ядра. Эту задачу в 1958 г. решил Мёссбауэр. Он исследовал излучение и поглощение g -квантов в ядрах, находящихся в кристаллической решетке, т.е. в связанном состоянии (опыты проводились при низкой температуре). В данном случае импульс и энергия отдачи передаются не одному ядру, излучающему (поглощающему) g -квант, а кристаллической решетке в целом. Так как кристалл обладает гораздо большей массой по сравнению с массой отдельного ядра, то потери энергии на отдачу становятся малы и процессы происходят идеально упруго.

Явление упругого испускания (поглощения) g -квантов связанными атомными ядрами, не сопровождающееся изменением внутренней энергии тела, и есть эффект Мёссбауэра. При данных условиях линии излучения и поглощения практически совпадают и имеют малую ширину, равную естественной.

Эффект Мёссбауэра нашел многочисленные применения. В ядерной физике он используется для нахождения времени жизни возбужденных ядер, определения спина. В физике твердого тела для изучения динамики кристаллической решетки и исследования внутренних электрических и магнитных полей в кристаллах. Благодаря крайне малой ширине мёссбауэровских линий он позволяет осуществить измерение энергии g -квантов с огромной относительной точностью (до 15-й значащей цифры).

Дата добавления: 2014-01-13