Mössbauerova spektroskopie

Mössbauerova spektroskopie (z něm  . Mößbauerspektroskopie ) - metoda jaderné gama rezonance , založená na Mössbauerově jevu , která spočívá v rezonanční absorpci bez zpětného rázu atomovým jádrem monochromatického záření gama emitovaného radioaktivním zdrojem.

Metoda jaderné gama rezonance se používá ve fyzikálních materiálech, geologii [1] , chemii a biologii.

Esence metody

Při absorpční Mössbauerově spektroskopii (nejběžněji používaný typ metody) je absorbující vzorek snímán gama kvanty emitovanými excitovaným železem-57 ( 57 Fe), iridiem-191 ( 191 Ir) nebo jiným Mössbauerovým izotopem. Za absorbérem je detektor, který měří koeficient absorpce gama záření vzorkem. Vzorek musí obsahovat stejná jádra ( 57 Fe, 191 Ir atd.). Excitovaná jádra ve zdroji vznikají rozpadem odpovídajícího radioaktivního izotopu (např. 57Co přechází do excitovaného stavu 57 Fe).

Za normálních podmínek získává jádro vyzařující gama paprsek zpětnou hybnost díky zákonu zachování hybnosti , protože gama paprsek unáší hybnost. Absorpční jádro, které zachytilo gama-kvantum, také získá zpětný ráz. V důsledku toho je vzájemné „jemné doladění“ zdroje a absorbéru vypnuto o setiny elektronvoltu , což je velmi malé ve srovnání s typickou energií gama záření (která může být v řádu desítek keV až MeV ), ale extrémně velká ve srovnání s přirozenou šířkou úroveň jaderného rozpadu, která se řádově rovná eV.

Nicméně jádra mohou být stále naladěna do vzájemné rezonance umístěním do krystalové mřížky při dostatečně nízké teplotě. Zpětnou hybnost jádra přebírá krystalová mřížka vzorku a zdroj (tedy makroskopický objekt), v důsledku toho se Dopplerův posun gama čar stává zanedbatelným (výrazně menším, než je přirozená šířka čar). gama čára). Díky této okolnosti malá změna relativní rychlosti zdroje a absorbéru (řádově cm/s) umožňuje vyřešit jemnou strukturu hladin jádra, která závisí na jeho chemickém prostředí, závislost energetické hladiny v chemickém prostředí se nazývá izomerní posun.

Závislost absorpčního koeficientu vzorku na relativní rychlosti zdroje a vzorku (tedy na energii absorbovaného gama záření) se nazývá Mössbauerovo absorpční spektrum. Toto spektrum umožňuje posoudit elektronovou strukturu atomu ve zkoumané látce, chemické skupiny, které ji obklopují, a povahu jejich interakcí [2] [3] [4] .

Mössbauerův spektrometr

Mössbauerův spektrometr je určen k měření Mössbauerových spekter jader Mössbauerových izotopů v různých chemických sloučeninách, slitinách pro stanovení povahy chemické vazby ve vzorcích těchto látek.

Spektrometr se skládá ze tří hlavních částí: radioaktivního zdroje, který se pohybuje ve směru od a ke vzorku, kolimátoru, který tvoří paralelní svazek gama záření z jejich divergentního toku ze zdroje, držáku vzorku a detektoru gama záření. Zdroj je obvykle poháněn elektromagnetickým mechanickým pohonem, principiálně podobným elektrodynamickému reproduktoru , který zdroji uděluje oscilační sinusový pohyb.

Výstupní signál detektoru a signál rychlosti pohybu jsou přiváděny do upraveného vícekanálového pulzního analyzátoru a číslo kanálu pulzního analyzátoru, ve kterém se akumulují počty z operací detektoru, odpovídá rychlosti pohybu, v na rozdíl od vícekanálových pulzních amplitudových analyzátorů, u kterých číslo kanálu odpovídá pulzní amplitudě. Výsledkem činnosti takového analyzátoru je závislost absorpce gama kvant vzorkem na rychlosti pohybu, nebo, což je stejné, na energii gama kvant, která se mění v důsledku Dopplerova účinek , je získán .

Aplikace

Metoda jaderné gama rezonance se používá ve vědě o fyzikálních materiálech , chemii a biologii (například při analýze vlastností skupin obsahujících Fe v proteinech ). Účinek absorpce záření je zesílen obohacením vzorku o Mössbauerovy izotopy , např. zvýšením obsahu 57 Fe v krmivu pokusných zvířat.

Jednou z působivých aplikací této metody byl experiment Pounda a Rebky [5] , kteří v roce 1960 měřili v laboratoři gravitační posun gama záření předpovězený obecnou relativitou .

Poznámky

1. ↑ Makeev A. B. , Lyutoev V. P., Vtorov I. P., Bryanchaninova N. I., Makavetskas A. R. Složení a spektroskopie olivínových xenokrystů z havajských tholeiitických bazaltů // Vědecké poznámky Kazaňské univerzity . Řada: Přírodní vědy. - 2020. - T. 162, kniha. 2. - S. 253-273. doi: 10.26907/2542-064X.2020.2.253-273
2. ↑ Weiner, R. Nukleární izomerní posun na spektrálních čarách  (neurčito)  // Il Nuovo Cimento. - 1956. - V. 4 , č. 6 . - S. 1587-1589 . — ISSN 0029-6341 . - doi : 10.1007/BF02746390 . - .
3. ↑ Richard M. Weiner Analogies in Physics and Life, World Scientific 2008.
4. ↑ SL Ruby in Mössbauer Isomer Shifts, editoři GK Shenoy a FE Wagner, North Holland Publishing Company , 1978, s. jeden.
5. ↑ Pound RV, Snider JL Vliv gravitace na jadernou rezonanci  // Physical Review Letters  : journal  . - 1964. - 2. listopadu ( roč. 13 , č. 18 ). - S. 539-540 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.13.539 . - .

Odkazy

Slovníky a encyklopedie	velká čínština velká čínština Skvělý norský Velký Rus
V bibliografických katalozích	GND : 4170352-2 J9U : 987007546048905171 LCCN : sh85087488 NKC : ph117906