Условности и упрощения на сборочных чертежах
Магнитные цепи | Законы Кирхгофа | Расчёт электрических цепей | Расчёт трёхфазных цепей | Математика | Пределы | Векторная алгебра | Матрицы | Геометрия | Интегрирование | Задачи | Квантовая физика Резонанс Реакции Электротехника лекции | На главную

Курс лекций по разделу физика атома и ядра

Эффект Мессбауэра

Таким образом, энергия отдачи ядра существенно превышает естественную ширину линии излучения и неравенство (3.6.14) нарушено очень сильно. Иными словами, испущенный ядром γ-квант не может поглотиться ядром того же типа, что исключает возможность ядерной резонансной флуоресценции для свободных атомов. Отметим, что энергия оптических переходов более чем в 104 раз меньше, чем ядерных, и условие (3.6.15) для оптической флуоресценции выполняется с большим запасом, так как энергия отдачи (3.6.3) квадратично зависит от энергии перехода. Если бы удалось уменьшить энергию отдачи до величины естественной ширины линии, то измерение энергии g-квантов можно было бы проводить с относительной точностью

 ~ 10-12¸ 10-14.

(3.6.18)

В твердых телах, имеющих кристаллическую структуру, передача энергии одному из связанных атомов вызывает, в конечном итоге, хаотические колебания большого числа окружающих атомов, т.е. увеличивает внутреннюю энергию кристалла. Представляется маловероятным возникновение упорядоченных колебаний большого коллектива атомов в кристалле от одного ядра, которое испытало испускание или поглощение γ-кванта. Однако при понижении температуры возможности колебаний отдельных атомов экспоненциально снижаются, а когда возможная кинетическая энергия колебаний отдельного атома в кристалле становится меньше энергии отдачи (3.6.17), большое количество атомов (~ 108 ÷ I09) имеют теперь возможность совершать согласованные колебания как единое целое. Кинетическая энергия, которую теперь приобретает кристалл, воспринимая импульс отдачи, пренебрежимо мала из-за громадной массы кристалла, по сравнению с массой отдельного атома. Охлаждая источник и поглотитель до температуры жидкого азота, Мессбауэр впервые наблюдал испускание и поглощение g-квантов без отдачи и доказал возможность указанной выше исключительно высокой точности измерения энергии g-квантов. Позже было обнаружено, что для γ-переходов с очень низкой энергией (Еγ = 14,4 кэВ, τ = 1,4·10-7с  для 57Fe и  Eγ = 23,9 кэВ, τ = 2,8·10-8с для 119Sn) эффект Мессбауэра можно наблюдать при комнатных температурах (до 1000 К). Эти нуклиды в настоящее время чаще всего используются в задачах ядерной физики и физике твердого тела. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц

Схема опыта по обнаружению резонансного поглощения γ-квантов следующая. Источник g-излучения, поглотитель (содержит те же ядра, что и источник) и детектор γ-излучения располагаются на одной линии. Для обнаружения эффекта изменения поглощения оказывается достаточным перемещение источника и поглотителя относительно друг друга со скоростью в несколько мм/с.

Высокая точность измерения энергии g-квантов, присущая эффекту Мессбауэра, обеспечивает высокое разрешение спектральных исследований g-излучения.

Например, в 1959 г. Паунд и Ребка измерили смещение мессбауэровской линии в гравитационном поле Земли, используя в качестве измерительной базы башню высотой всего 22,6 м. Тем самым было экспериментально доказано в земных условиях действие гравитации (т.н. красное смещение) на фотоны, имеющие массу покоя равной нулю, предсказываемое общей теорией относительности. Прежде для этой цели использовались астрофизические измерения отклонения световых лучей далеких звезд во время солнечных затмений.

Эффект Мессбауэра позволяет наблюдать сверхтонкое расщепление ядерных уровней, вызванное взаимодействием магнитных моментов ядер с магнитным полем электронной оболочки атома, относительная величина которого составляет 10-12 ÷ 10-10, что примерно в 10-5 раз меньше соответствующей величины расщепления атомных уровней (см. §1.6 п.2), вызванных этим же эффектом.

Не представляет труда наблюдать эффекты, вызванные действием поля электронной оболочки на ядро, такие как деформация (наклеп) материала поглотителя и его химический состав, и многое другое. Эффект Мессбауэра находит применение в биологии для установления электронной структуры гемоглобина и проведения соответствующих анализов.

 

Магнитный момент во внешнем поле. Опыт Штерна-Герлаха. Спин и магнитный момент элементарных частиц. Атомный и ядерный магнетон Бора. Спин фотона и правила отбора при атомных переходах. Атом в магнитном поле. Орбитальный механический и магнитный моменты электрона. Сложение моментов количества движения. Фактор Ланде. Эффект Зеемана. Ядерный и электронный парамагнитный резонанс.