к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Мёссбауэра эффект (ядерный g-резонанс)

Мёссбауэра эффект (ядерный g-резонанс) - испускание или поглощение g-квантов атомными ядрами в твёрдом теле (обусловленное ядерными переходами), не сопровождающееся изменением колебат. энергии тела, т. е. испусканием или поглощением фононов (без отдачи). Открыт P. Мёссбауэром (R. Mossbauer) в 1958. Таким переходам соответствуют линии испускания и поглощения 3019-139.jpg-лучей, обладающие естеств. шириной 3019-140.jpg , где т - ср. время жизни возбуждённого состояния ядра, участвующего в g-переходе (см. Ширина спектральной линии ),и энергией3019-141.jpg, равной энергии перехода. Благодаря M. э. стали возможными измерения спектров испускания, поглощения и резонансного рассеяния g-квантов низколежащих 3019-142.jpg кэВ)

и долгоживущих возбуждённых ядерных уровней 3019-143.jpg с разрешением порядка естеств. ширины уровня Г.

M. э. наблюдается для 73 изотопов 41 элемента. Получены линии с рекордно малыми значениями отношения 3019-144.jpg С помощью таких линий стали возможными измерения гравитац. красного смещения спектральных линий в земных условиях, до открытия M. э. проявлявшиеся лишь в астр, наблюдениях.

Малые величины абс. значений Г3020-1.jpg позволяют проводить измерения сдвигов и расщеплений линий, обусловленных взаимодействием ядра с внутренними электрич. и магн. полями и тем самым получать информацию о структуре, составе, хим. связях и магн. свойствах вещества, содержащего резонансный нуклид. Измерения вероятности M. э., т. е. доли испущенных или поглощённых 3020-2.jpg-квантов без отдачи, и её зависимости от температуры T позволяют получить сведения об особенностях взаимодействия атомов в твёрдых телах и о колебаниях кристаллической решётки (напр., о фононном спектре). Благодаря этому M. э. широко применяется как метод исследования твёрдых тел с приложениями в разл. областях науки и техники (см. Мёссбауэровская спектроскопия ).За открытие M. э. в 1962 P. Мёссбауэру присуждена Нобелевская премия.

Природа M. э. При испускании или поглощении 3020-3.jpg -кванта свободное неподвижное ядро приобретает импульс 3020-4.jpg, где- 3020-5.jpg энергия 3020-6.jpg-кванта, и энергию поступат. движения3020-7.jpg, где M - масса ядра. В результате энергия испускаемых3020-8.jpgквантов оказывается меньше энергии ядерного перехода3020-9.jpgна величину R; резонансно поглощаются3020-10.jpg-кванты с энергией, большей3020-11.jpgна ту же величину. T. о., линии испускания и поглощения смещены друг относительно друга на 2R. В газах за счёт теплового движения и Доплера аффекта происходит уширение 3020-12.jpg-линий на величину 3020-13.jpg и их небольшое перекрытие (рис. 1, а).


3020-14.jpg


Для ядерных переходов всегда3020-15.jpg Ввиду этого действующее сечение резонансного поглощения очень мало; эффект можно увеличить нек-рыми искусств, приёмами, однако и при этом он остаётся трудно наблюдаемым.

В твёрдом теле благодаря взаимодействию атомов энергия отдачи превращается в энергию колебаний кристаллич. решётки (испускание и поглощение фононов). Однако процессы испускания и поглощения 3020-16.jpg -квантов приобретают вероятностный характер. В среднем на один испущенный3020-17.jpg-квант кристаллу передаётся энергия, в точности равная энергии отдачи R. При этом возможны как процессы испускания и поглощения3020-18.jpg-квантов с возбуждением3020-19.jpgи поглощением фононов 3020-20.jpg, так и процесс без отдачи, т. е. M. э., когда энергия испускаемых3020-21.jpg-квантов с точностью до Г равна энергии ядерного перехода (рис. 1,6).

M. э. можно объяснить на классич. языке без привлечения квантовой механики. Движущееся ядро в возбуждённом состоянии можно рассматривать как излучатель с несущей частотой 3020-22.jpg с затуханием 3020-23.jpg подверженный за счёт движения ядра фазовой модуляции. Электрич. поле излучаемой волны

3020-24.jpg

Здесь3020-25.jpg- константа,3020-26.jpg- волновой вектор3020-27.jpg-кванта, 3020-28.jpg - координата ядра в момент3020-29.jpg Несмещённая линия естеств. ширины появляется пои таких движениях ядра, когда среднее по времени3020-30.jpgот фазового множителя отлично от О, т. е.:

3020-31.jpg

Величина3020-32.jpgопределяет интенсивность несмещённой линии и названа фактором Мёссбауэра. Если ядро движется в огранич. пространстве,то только при спец. типах движения3020-33.jpgВ подавляющем большинстве случаев3020-34.jpg Колебат. движение ядра в твёрдых телах носит огранич. характер, и в приближении гармонич. колебаний

где 3020-35.jpg- ср. квадрат3020-36.jpg

смещения ядра от положения равновесия в направлении полёта 3020-37.jpg-квантов; 3020-38.jpg3020-39.jpg - приведённая длина волны излучателя.

лвантовомеханич. рассмотрение приводит также к ф-ле (3), но позволяет учесть при вычислении3020-40.jpgкак тепловые, так и нулевые колебания атомов. Фактор Мёсс-бауэра во многом аналогичен Дебая - Уоллера фактору, определяющему вероятность упругого рассеяния рентг. лучей и нейтронов в твёрдых телах. С ростом температуры3020-41.jpgувеличивается, а3020-42.jpgпадает. Характер зависимости3020-43.jpgопределяется MH. факторами: значениями силовых констант, составом и структурой кристалла и т. п. Однако для 3020-44.jpg-переходов низких энергий3020-45.jpg сохраняет заметную величину вплоть до температуры плавления. С увеличением3020-46.jpg (уменьшением3020-47.jpg резко падает, и для сохранения доступной измерению величины fM источник и поглотитель обычно охлаждают до3020-48.jpgК. При3020-49.jpgК за счёт нулевых колебаний 3020-50.jpg остаётся конечным, и это обстоятельство ограничивает возможности наблюдения несмещённой линии для переходов с большими3020-51.jpg

В жидкости атомы или молекулы за счёт диффузии могут перемещаться на сколь угодно большие расстояния, поэтому наблюдать несмещённую линию естеств. ширины в жидкостях нельзя. Однако т. к. время жизни возбуждённого ядерного уровня конечно, то, если перемещение за время3020-52.jpgмало или сравнимо с3020-53.jpg, спектры испускания и поглощения3020-54.jpg-квантов не должны сильно отличаться от соответствующих спектров твёрдых тел. Анализ показывает, что при учёте как колебательного, так и диффузионного движений в спектрах поглощения и испускания содержится несмещённая линия, но уширенная на величину3020-55.jpgгде D - коэф. диффузии (рис. 1,в). Для большинства жидкостей D велики, а линии поглощения и испускания сильно уширены, и их наблюдение затруднено. Исключение составляют жидкости с большой вязкостью .В твёрдых телах при высоких T также наблюдается заметное уширенив несмещённой линии за счёт диффузии.

В твёрдых телах часть спектра испускания и поглощения соответствует процессам с отдачей, т. е. с возбуждением или поглощением фононов. Эта часть распределена по интервалу энергий3020-56.jpg, где3020-57.jpg- характерная частота фононного спектра. T. к.3020-58.jpg то измерения деталей этого распределения невозможны. Исключения составляют случаи, когда в3020-59.jpg сильно представлены гармоники с НЧ. Если, напр., возбудить УЗ-колебания достаточно большой интенсивности с частотой 3020-60.jpgто в спектрах поглощения и испускания наблюдаются дополнит, линии (сателлиты), отстоящие от несмещённой линии на расстояния 3020-61.jpg, где n - целое число (рис. 2,а). Сателлиты соответствуют процессам испускания 3020-62.jpg-квантов с возбуждением и поглощением УЗ-фононов.


Рис. 2. Спектры испускания и поглощения g-лучей в твёрдых телах при ультразвуковой накачке частоты (а) и при ограниченной диффузии (б).


3020-63.jpg


В больших биол. молекулах или сложных хим. веществах отд. фрагменты молекул могут занимать не одно, а неск. устойчивых равновесных положений, и при достаточно высоких T происходят случайные переходы фрагмента из одного состояния в другое. T. к. движение фрагмента ограничено в пространстве, то спектры поглощения и испускания ядер, входящие в состав таких фрагментов, содержат несмещённую линию естеств. ширины. Кроме этой линии наблюдаются дополнит, линии лоренцевой формы (рис. 2,6), отражающие характер "перескокового" движения, к-рое можно рассматривать как диффузию в огранич. пространстве.


Движение ядер приводит к температурному сдвигу линии за счёт эффекта Доплера второго порядка на величину 3020-64.jpg, где 3020-65.jpg- скорость движения излучающего или поглощающего ядра. Сдвиг очень мал 3020-66.jpg, и только благодаря узости несмещённых линий его можно наблюдать. С увеличением температуры 3020-67.jpgувеличивается и энергия испускаемых и поглощаемых 3020-68.jpg-квантов уменьшается. При высоких T независимо от агрегатного состояния вещества3020-69.jpgи соответственно:


3020-70.jpg


Эффект Доплера второго порядка проявляет себя по-разному в разд. агрегатных состояниях. В газах наряду со сдвигом линии3020-71.jpgвозникает и уширение линии 3020-72.jpg , сравнимое с3020-73.jpgВ твёрдых телах3020-74.jpgнамного меньше сдвига линии и практически не наблюдается.

Наблюдение M. э. возможно с помощью спектрометра, схема к-рого приведена на рис. 3. Источнику3020-75.jpg-квантов сообщается скорость u (относительно) поглотителя, при этом энергия g-кванта за счёт эффекта Доплера меняется на величину3020-76.jpg Скорости в интервале 0,1 - 10 см/с приводят к смещению линии на величину3020-78.jpgПоглотитель содержит те же ядра, что и источник, но в основном состоянии. Меняя скорость v, можно совместить или раздвинуть линии испускания и поглощения.



3020-77.jpg

Если линии в источнике и поглотителе сильно раздвинуты, то поглощение 3020-79.jpg-квантов происходит за счёт нерезонансных процессов (в основном за счёт фотоэлек-трич. поглощения атомарными электронами и эффекта Комптона). При совмещении линии общее сечение поглощения увеличивается, а число прошедших через поглотитель 3020-80.jpg-квантов, регистрируемых детектором, уменьшается.


рис. 4. Зависимость относительной разности интенсивностей I g -излучения, проходящего через иридиевый (I1r ) и платиновый ( Ipt ) поглотители, от скорости v источника относительно поглотителя.


3020-81.jpg


Экспериментально можно не только обнаружить резонансное поглощение, но и исследовать форму линии поглощения. На рис. 4 приведены результаты эксперимента Мёссбауэра, в к-ром изучалось резонансное поглощение g-лучей с энергией3020-82.jpg=129 кэВ, испускаемых при переходе ядра 191Ir из первого возбуждённого состояния в основное (рис. 5). Источником служила пластинка металла 191Os (см. ниже).

Источник и поглотитель 191Ir поддерживались при T = 77 К (платиновый поглотитель использовался для измерения нерезонансного поглощения). Наблюдаемая ширина провала отвечает ширине возбуждённого уровня 191Ir (Г = 5· 10-6 эВ).


3020-83.jpg

Источники резонансных g-квантов представляют собой обычно радиоакт. ядра с большим периодом полураспада 3020-84.jpg введённые в твердотельную матрицу (3020-85.jpgот неск. часов до неск. лет). В результате ядерных превращений (К-захвата или a-распадов) и последующего каскада g-переходов образуется возбуждённое ядро, испускающее резонансные g-кванты (рис. 5). В первом эксперименте Мёссбауэра источником служил р-ра-диоактивный 191Os. Ядра в возбуждённом состоянии получаются в ходе ядерных реакций [напр., 40K в результате реакции 3020-86.jpgи при кулонов-ском возбуждении ядер3020-87.jpg. Удалось выделить резонансные 3020-88.jpg-кванты из синхротронного излучения (с помощью дифракции3020-89.jpg-квантов на ядрах), в частности линию с энергией 14,4 кэВ, соответствующей энергии перехода ядра 3020-90.jpg с монохроматичностью 3020-91.jpg т. е. сравнимой с Г переходом ядра3020-92.jpg Это открывает возможности получения мощных и узконаправленных источников резонансных g-квантов.

Сечение резонансного поглощения 3020-93.jpg-квантов sрез в твёрдых телах определяется длиной волны3020-94.jpg-излучения, вероятностью M. э. (fM), спинами ядер в основном (I0) и возбуждённом (IB) состояниях, а также вероятностью процесса конверсии внутренней


3020-95.jpg


Здесь К - коэф. внутренней конверсии. Величина K(1+ K) определяет вероятность того, что поглотившее 3020-96.jpg-квант ядро перейдёт затем в осн. состояние, передав энергию атомарным электронам. Коэф.3020-97.jpgпоявляется как следствие квантовомеханич. эффекта - интерференции резонансного и нерезонансного (фотоэффект) процессов поглощения, имеет заметную величину лишь для переходов мультипольности El. Линии поглощения g-квантов в переходах El имеют ярко выраженную асимметрию (рис. 6). Для переходов др. мультипольности коэф.3020-98.jpgпренебрежимо мал и энергетич. зависимость сечения поглощения имеет лоренцеву форму. В твёрдом теле возможно упругое резонансное рассеяние g-кантов на ядрах, при к-ром энергии рассеянных3020-99.jpg и падающих 3020-100.jpg-квантов 3020-101.jpg строго равны. Сечение такого процесса sупр пропорц. произведению вероятности поглощения без отдачи (f M) и вероятности испускания без отдачи3020-102.jpg


3020-103.jpg


Сечение упругого нерезонансного рассеяния 3020-104.jpg-квантов и рентг. лучей (напр., на атомарных электронах) пропорц. фактору Дебая - Уоллера, зависящему лишь от передаваемого твёрдому телу импульса.

Процесс упругого резонансного рассеяния происходит как бы в два этапа: резонансное поглощение и затем резонансное испускание. И тем не менее часть упруго рассеянных 3020-105.jpg-квантов рассеивается когерентно, т. е. разность фаз падающей и рассеянных волн имеет строго определённое значение, зависящее от энергий падающих3020-106.jpg-квантов.

Когерентные эффекты. Волны, соответствующие когерентно рассеянным3020-107.jpg квантам от двух рассеива-телей, могут интерферировать друг с другом, а в случае, когда резонансно рассеивающие ядра регулярно внедрены в кристаллич. решётку, возможна резонансная ядерная дифракция 3020-109.jpg -квантов. При определённых направлениях падения 3020-110.jpg -квантов на кристалл, определяемых Брэгга - Вульфа условием, возникает сильное дифракц. рассеяние, во многом аналогичное дифракц. рассеянию рентг. лучей. Благодаря резонансной ядерной дифракции появляется возможность выделения резонансных3020-111.jpg-квантов из синхротронного излучения.


3020-108.jpg


При резонансной ядерной дифракции на совершенных кристаллах, содержащих высокую концентрацию резонансно рассеивающих ядер, имеет место подавление неупругих каналов ядерной реакции. При точном выполнении условия Брэгга - Вульфа по мере увеличения амплитуды дифрагированной волны сечение резонансного поглощения уменьшается и может строго обратиться в 0. При этом полностью прекращаются все неупругие процессы, сопровождающие резонансное поглощение (напр., процесс внутр. конверсии, неупругое испускание3020-112.jpg-квантов), а когерентная суперпозиция из падающей и дифрагированной волн распространяется по кристаллу без поглощения. Особенность эффекта подавления состоит в том, что колебания атомов в кристалле не восстанавливают даже частично резонансное поглощение.

Анализ когерентных явлений базируется на концепции коллективного возбуждённого ядра, согласно к-рой невозможно указать положение возбуждённого ядра, образовавшегося после поглощения 3020-113.jpg-кванта.

Литература по эффекту Мёссбауэра (ядерному g-резонансу)

  1. Эффект Мёссбауэра. Сб. ст. [Переводы], M., 1962;
  2. Каган Ю., К теории температурного красного смещения и уширения линии Мёссбауэра, "ЖЭТФ", 1964, т. 47, в. 1, с. 366;
  3. Sauer С.,Matthias E.,Mossbauer R. L., Recoilless resonance absorption and hyperfine structure of the 6. 2-ke V state in 181 Ta, "Phys. Rev. Lett.", 1968, v. 21, p. 961;
  4. Каган Ю. M., Афанасьев A. M., Войтовецкий В. К., Интерференция процессов конверсии и фотоэффекта при поглощении мёссбауэровского излучения, "Письма в ЖЭТФ", 1969, т. 9, с. 155;
  5. Мёссбауэр P.Л., Стохастические движения атомов в белках, "Химическая физика", 1982, M 10, с. 1299;
  6. Gеrdau E. и др., Nuclear bragg diffraction of synchrotron radiation in yittrium iron garnet, "Phys. Rev. Lett.", 1985, v. 54, p. 835;
  7. Van Burck U., Coherent effects in resonant diffraction theory, "Hyperfine Interactions", 1986, v. 27, p. 289;
  8. Smirnоv G. V., Coherent effects in resonant diffraction: experiment, там же, р. 203.

A. M. Афанасьев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution