Эффект Мессбауэра на ядрах

Гамма-спектроскопия основана на эффекте резонансного поглощения атомными ядрами 7-квантов (эффект Мессбауэра). При радиоактивном распаде ядер образуются изотопы в возбужденном состоянии. Их переход в основное состояние сопровождается 7-излучением. Невозбужденные атомные ядра в свою очередь могут поглощать 7-кванты и переходить в возбужденное состояние. Однако это явление возможно лишь в строго определенных условиях. Например, 7-излучение возбужденных ядер Ре одной металлической пластинки может поглощать невозбужденные ядра Ре другой пластинки. Если же источник и приемник 7-лучей находятся в разных соединениях (например, источник Те в металле, а поглотитель — в кристалле РеСЬ), то поглощение 7-лучей наблюдаться не будет. [c.148]

Анализ интенсивностей мессбауэровского спектра поглощения монокристаллов с квадрупольно расщепленной линией позволяет получать информацию о средне-квадратичных отклонениях резонансного ядра от равновесия (возникающих вследствие тепловых колебаний атома в решетке кристалла), от направления градиента электрического поля на резонансном ядре, а также знак константы квадрупольного взаимодействия. Теоретические основы метода определения таких величин заложены работами [Х.2] и [10]. Согласно этим работам вероятность эффекта Мессбауэра имеет угловую зависимость, являющуюся следствием анизотропии средне-квадратичных отклонений колеблющегося ядра. При этом рассматри- [c.207]

Таблица 6.36. Ядра, на которых наблюдается эффект Мессбауэра

Эффект Мессбауэра заключается в том, что относительная энергия основного и возбужденного состояний ядра атома зависит от электронной плотности около него, В качестве примера рассмотрим у-спектр комплекса Ре[Ре(СК )й), полученного при помощи облучения уквантами от радиоактивного изотопа Ре (рис, 15), На спектре получаются два минимума поглощения. Это связано с тем, что, [c.64]

Гамма-спектроскопия основана на эффекте резонансного поглощения атомными ядрами у-квантов. Это явление было открыто немецким ученым Мессбауэром в 1958 г. (эффект Мессбауэра). Как указывалось (стр. 42), при радиоактивном распаде образуются изотопы в возбужденном состоянии, которое существует около 10 сек. При переходе ядер из возбужденного в основное состояние происходит у-излучение. Невозбужденные атомные ядра в свою очередь могут поглощать V-кванты и переходить в возбужденное состояние. [c.179]

Роль 7-спектроскопии в химических исследованиях связана с тем, что энергия ядерных переходов зависит от распределения электронной плотности вокруг ядра, т. е. в зависимости от химического окружения для возбуждения ядерных переходов требуются различные энергии. Поэтому если источник и приемник 7-излучения находятся в разных соединениях (например, источник Ре в металле, а поглотитель — в кристалле РеС ), то поглощение 7-лучей наблюдаться не будет. Однако, поскольку влияние природы химического окружения атома на смещение ядерных энергетических уровней мало, можно добиться резонансного поглощения 7-квантов, несколько изменив их энергию. Для этого достаточно перемещать источник (или поглотитель) 7-излучения относительно приемника (источника) излучения. В этом случае энергия 7-квантов увеличивается или уменьшается на величину кинетической энергии. При некоторой скорости движения начинается резонансное поглощение, т. е. наблюдается эффект Мессбауэра. [c.180]

Возникающие при этом возбужденные ядра Хе за счет у-излуче-ния переходят затем в основное состояние. Таким образом, в этом случае, применяя соответствующие источники и поглотители 7-квантов, можно наблюдать эффект Мессбауэра. [c.181]

Имеется ряд определенных условий, которые должны выполняться, чтобы наблюдался эффект Мессбауэра, и не у всех элементов они выполняются, хотя возбужденные состояния ядра элемента могут быть известны. Прежде чем перейти к этим условиям, рассмотрим само явление ЯГР. [c.112]

МЕССБАУЭРОВСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, основана на явлении испускания и поглощения (рассеяния) 7-квантов атомными ядрами в тв. телах без потери энергии ва отдачу (т. н. эффект Мессбауэра). Вероятность эффекта падает с ростом т-ры и уменьшением порядкового номера элемента, и для легких ядер эффект практически не наблюдается (пока он отмечен для 103 нуклидов 42 элементов). [c.324]

Предпосылкой резонансного поглощения служит включение излучающих и поглощающих ядер в кристаллическую решетку. Благодаря этому затрудняется потеря энергии излученного у-кванта при соударении с ядром, способным излучать или поглощать этот квант (эффект Мессбауэра). Так как резонансные линии несколько смещаются при изменении химического окружения ядер ( химический сдвиг ), возможно применение этого эффекта для решения химических проблем. [c.397]

Следовательно, возможности применения этих методов к исследованию взаимодействия определяются в первую очередь наличием в структуре поверхности твердого тела или адсорбированных ею молекул соответствующих элементов, обусловливающих поглощение энергии, а затем и чувствительностью спектральных характеристик, обусловливающих это поглощение, к исследуемому взаимодействию. Исходя из этого, можно сказать, что эффект Мессбауэра менее универсален, поскольку его применение связано с наличием в адсорбированных молекулах или в твердом теле таких атомов, как олово и железо. Метод ЯМР может применяться более широко, однако и его применение ограничено веществами, содержащими ядра с магнитным моментом. Методы оптической спектроскопии — инфракрасной и ультрафиолетовой в этом отношении универсальны, поскольку они могут применяться практически ко всем молекулярным системам. [c.22]

Наконец, большой интерес к квазилокальным колебаниям возник в связи с эффектом Мессбауэра для ядер примесных атомов. Явление Мессбауэра на примесях связано со специфичным для кристалла соотношением между переданными примесному ядру импульсом и энергией. Это соотношение определяется теми возможными движениями, в которых способен участвовать примесный атом, т. е. в конце концов характером разложения вектора смещения примеси по нормальным колебаниям дефектного кристалла. Присутствие среди нормальных колебаний кристалла большой группы колебаний с очень близкими частотами (квазистационарные волновые пакеты из таких колебаний составляют то состояние кристалла, которое и называется квазилокальным колебанием) приводит к тому, что при разложении вектора смещения примесного атома по нормальным колебаниям относительный вклад квазилокального колебания будет значительно превышать относительный вклад обычных нормаль- [c.224]

Количественное описание эффекта Мессбауэра возможно лишь на основе квантовомеханических представлений [8, 9]. Однако интересно отметить, что возможность рассеяния фононов без возбуждения решетки была известна задолго до открытия эффекта Мессбауэра. Так, в пучке рассеянных рентгеновских лучей всегда содержится некоторая доля с частотой, равной частоте первичного излучения. Эта доля называется /-фактором Дебая — Уэллера. Существование тесной аналогии между рассеянием рентгеновских лучей и процессами, протекающими с участием -[-излучения без отдачи, позволяет описать эффект Мессбауэра в рамках классической электромагнитной теории [10]. Цуг электромагнитных волн, излучаемых или рассеиваемых ядром, модулирован по частоте вследствие колебательного движения ядра около положения равновесия. В результате этой частотной модуляции наряду с центральной несмещенной линией появляются побочные компоненты. Центральная линия соответствует процессу, происходящему без отдачи, так что фактор Дебая — Уэллера можно определить как долю интенсивности, приходящуюся на центральную линию. Общее выражение для функции процесса без отдачи можно записать следующим образом [c.236]

С целью исследования эффекта Мессбауэра на примере превращения (п, т) К, при котором получается ядро на уровне с энергией 29,4 кэв [19. В табл. 3 перечислены ядра, для которых эффект Мессбауэра был обнаружен с помощью ядерных реакций. [c.242]

Вследствие очень малой ширины ядерных переходов эффект Мессбауэра весьма чувствителен даже к небольшим изменениям энергии 7-излучения. Поэтому в 7-резонансных спектрах проявляются сравнительно слабые взаимодействия между ядром и орбитальными электронами. Именно влияние электронного окружения на испускание или поглощение 7-излучения при ядерных переходах определяет сверхтонкую структуру 7-резонансных спектров. Почти все применения эффекта Мессбауэра в химии и физике твердого тела основаны на анализе сверхтонкой структуры спектров. [c.246]

Гамильтониан описывает взаимодействие спина ядра с орбитальным и спиновым моментами электронов, а также контактное взаимодействие Ферми, приводящее к появлению эффективного магнитного поля, которое проявляется в эффекте Мессбауэра. м включает в себя также электростатическое взаимодействие с электрическим квадрупольным моментом ядра несмотря на то что это взаимодействие вносит лишь небольшое возмущение в собственные функции основного состояния, оно играет важную роль в спектре Мессбауэра, поскольку связано с градиентом электрического поля. [c.261]

Изучение замещенных ферримагнетиков с помощью эффекта Мессбауэра позволило экспериментально наблюдать такие магнитно-неэквивалентные положения. Оказалось, что параметры мессбауэровских спектров для разных неэквивалентных мест различны. Кристаллохимическая неэквивалентность порождает магнитную неэквивалентность атомов. Прежде всего, было най-депо, что эффективное магнитное поле Яэфф на ядре иона Ре [c.14]

Эффект Мессбауэра на ядрах 8п" и в кислородных шпинелях [c.44]

Работ, посвященных исследованию эффекта Мессбауэра на ядрах диамагнитных атомов в соединениях со структурой шпинели, к настоящему времени сравнительно немного. [c.44]

Наконец, существуют ядерные эффекты, специфические для твердых тел. Например, эффект Мессбауэра — резонансное излучение и поглощение 7-квантов без отдачи ядра распад ядра урана на осколки, которые, разлетаясь, взаимодействуют и с электронами, и с ионами. Рассматривая подобные эффекты, нельзя считать ядра структурными единицами. В таких явлениях структурные единицы — нуклоны. [c.207]

Изучая свойства атомов, молекул, конденсированных систем, мы можем не думать о структуре атомных ядер, абстрагироваться от нее. Правда, часто неожиданно, обнаруживаются явления, как бы принадлежаш ие двум областям физики. Особенно яркий пример — ядерный гамма-резонанс без отдачи ядра [эффект Мессбауэра). Причина отсутствия отдачи заключается в том, что ядро встроено в твердое тело. Эффект Мессбауэра дал в руки экспериментаторам прекрасный метод исследования плохо доступных свойств твердых тел. Однако в плане нашего рассказа новый эффект не заставил пересмотреть объяснение ни свойств твердых тел, ни ядерных явлений. Каждая область продолжает свое независимое суш ествование и при этом, не без успеха используя достижения своего соседа, легко абстрагируется от его суш ествования по соседству. [c.345]

Изучение с помощью эффекта Мессбауэра эффективных магнитных полей и градиентов электрических полей на ядрах раз- [c.34]

Суть ядерного гамма-резонанса, или так называемого эффекта Мессбауэра, состоит в том, что у Кванты, испущенные при переходе возбужденного ядра в основное состояние, могут равновесно поглощаться невозбужденными ядрами с переходом последних в возбужденное состояние. Аналогичное явление хорощо известно в обычной оптике существенно лишь то, что при сравнительно большом импульсе у Квантов следовало бы ожидать сильной отдачи как у испускающего так и у поглощающего ядра и тем самым невозможности резонансного поглощения из-за эффекта Допплера. Мессбауэр показал, что по крайней мере в значительной доле случаев отдачу принимает на себя кристалл (или тяжелая молекула) как жесткое целое, и явлением отдачи при этом, естественно, можно пренебречь. [c.230]

Исследования с помощью эффекта Мессбауэра позволяют проследить за изменениями ближайшего окружения резонансного ядра Fe , присутствующего в составе ферритов. Кроме того, этот метод чувствителен к валентным состояниям атома железа [1], что создает определенные преимущества по сравнению с методом рентгеноструктурного анализа и открывает широкие возможности для изучения процессов формирования кристаллической структуры ферритов. [c.17]

По ряду причин (подробнее см. [310—312]) эффект Мессбауэра в настоящее время можно наблюдать на ограниченном числе элементов, преимущественно второй половины таблицы Д. И. Менделеева. Для легких элементов очень большие частоты ядерных переходов ( 300 Кэв) в сочетании с малой массой ядра делают вероятность эффекта неиаблюдаемо малой. До сих пор эффект наблюдался на ядрах изотопов калия, железа, германия, олова, теллура, иода, золота, многих других металлов, криптона, ксенона, почти всех лантанидов и большого числа актинидов (Мр, Ра, и). Из этого перечня видно, что большинство элементов, имеющих мессбауэровские ядра, образуют в то же время координационные (комплексные и металлорганические) системы, и это обстоятельство выявляет особую значимость у-резонансной спектроскопии для координационной химии. [c.178]

Для химии эффект Мессбауэра, как уже отмечалось, важен тем, что энергия ядерного перехода Ег, а значит, и энергия испускаемого или поглощаемого укванта v зависят не только от самого ядра (изотопа элемента), но и от других факторов. Это прежде всего электронное окружение ядра, а также внутренние и внешние электрические и магнитные поля. В качестве источника уизлучения и его поглотителя в мессбауэровской спектроскопии используются разные вещества. Таким образом, ядра одного и того же изотопа в источнике и поглощающем веществе находятся, вообще говоря, в разном окружении, т. е. friH Tj Tinorn), а энергия испускаемого Y-кванта v(h t) такова, что он не может быть поглощен ядром поглотителя, т(ист)=7 (погл) и явление ЯГР не происходит. [c.117]

Для мёссбауэровского у-излучения помимо рассеяния на электронных оболочках атомов существ, роль может играть резонансное рассеяние на ядрах (напр., Fe), для к-рых наблюдается эффект Мессбауэра, что и используется в структурном анализе. Фактор рассеяния/ зависит от волновых векторов и векторов поляризации падающей и рассеянной волн. [c.99]

Мёссбауэровское у-излучение отличается чрезвычайно малой шириной линии-ок. 10 эВ (тогда как ширина линии характеристич. излучения рентгеновских трубок ок. 1 эВ). Это обусловливает высокую временного и пространств, согласованность резонансного ядерного рассеяния, что позволяет, в частности, изучать магн. поле и градиент электрич. поля на ядрах. Ограничения метода - слабая мощность мёссбауэровских источников и обязательное присутствие в исследуемом кристалле ядер, для к-рых наблюдается эффект Мессбауэра. [c.100]

Для наблюдения эффекта Мессбауэра источник и поглотитель смещают друг относительно друга со скоростями в пределах п мм/с. Обычно движется источник излучения. При этом из-за эффекта Доплера в некоторых пределах непрерывно изменяется частота 7-излучения, попадающего на образец. В случае совпадения энергий происходит резонансное взаимодействие 7-кванта с ядром образца, т. е. доплеровский сдвиг линии источника компенсирует сдвиг линии в образце относительно неподвижного образца. Разница в резонансных частотах ядер возникает в разных матрицах из-за различного характера взаимодействий ядра с окружением. Отсюда логично вытекает необходимость применения эталонных веществ для стандартизации параметров ЯГР-спектров. Принято использовать для Ре в этом качестве матрицы нержавеющей стали либо нитропруссида натрия Ыа2ре(СЫ)5ЫО. [c.207]

Можно считать, что взаимодействие мессбауэровского ядра с окружением в матрице описывается тремя крайними случаями 1) электрическое монопольное (сдвиг одиночной линии) 2) электрическое квадруполъное (расщепление на две линии) 3) магнитное дипольное (шесть линий). Строгое теоретическое описание эффекта Мессбауэра возможно лишь на основе квантовомеханических представлений, что выполнено в единичных случаях. [c.207]

Одной из разновидностей этой группы методов является гамма-резонансная (мессбауэровская) спектроскопия, основанная на явлети излучения и резонансного поглощения у-квантов атомными ядрами в твердых телах без потери части энергии на отдачу ядра. Эффект Мессбауэра позволяет наблюдать ядерно е резонансное поглощение (рассеяние) со спектральными линиями естественной ширины, которое обычно лежит в интервале от 10 до 10 эВ. [c.333]

Эффект Мессбауэра позволяет наблюдать ядеряое резонансное поглощение (рассеяние) со спектральными линиями естеств. ширины Г, к-рая обычно лежит в интервале 10 —10 эВ. Чувствительность М. с. по энергии характеризуется величиной rjEy, где E — энергия перехода ядра из первого возбужденного состояния в основное. Обычно 10 у < 10 эВ, т. е. чувствительность М. с. составляет 10 —10 . [c.324]

Ядерная спектроскопия (7-резонансная С., ГРС, мес-сбауэровская С.) основана на резонансном поглощении у-квантов атомными ядрами, происходящем без потери энергии на отдачу (эффект Мессбауэра). Такое поглощение возможно для ядер, входящих в состав твердых тел, когда импульс отдачи передается решетке и излучающее (поглощающее) ядро не изменяет своего положения в пространстве. В у-спектрах наблюдается линия с частотой, в точности соответствующей энергии 7-перехода, причем ее ширина совпадает с естественной шириной Г соответствующего ядерного уровня. Значения Г для ядерных уровней атома мало отличаются от значений для электронных уровней, однако острота резонанса, характеризуемая отношением Г к разности энергий Д ,у -того и /-того уровней, между к-рыми происходит переход, на четыре порядка меньше. Поэтому у-спектры чрезвычайно чувствительны к малейшим изменениям энергии испускаемых или поглощаемых квантов. Это приводит к тому, что метод ГРС может определять факторы, даже очень слабо влияющие на энергетич. состояние атома, напр, различие в строении внешних электронных оболочек ядер-излу-чателей и ядер-поглотителей (химич. сдвиг) или квад-рупольные расщепления линий для ядер, обладающих собственным квадрупольный моментом. [c.234]

Таким образом, эффект Мессбауэра заключается в резонансной флюоресценции уквантов без отдачи, осуществляемой на бесфо-нонных переходах между уровнями ядра, помещенного в кристаллическую решетку. Важной особенностью этой флюоресценции, выгодно отличающей ее от других видов флюоресценции, является [c.176]

Ядерная гамма-резонансная (ЯГР) или мессбауэ-ровская спектроскопия. Основана на наблюдениях т. н. Мессбауэра эффекта, позволяющего выделять и регистрировать резонансное поглощение или рассеяние атомными ядрами гамма-квантов, не осложненное ни отдачей, ни тепловым движением ядер-излучателей и поглотителей (явлениями, приводящими в отсутствие эффекта Мессбауэра к смещению и уширению резонансной области энергий). Чрезвычайная острота такого неискаженного гамма-резонанса, его высочайшая избирательность позволяют не только заметить ничтожные (до 10 "-10 %) изменения энергии излучаемых и поглощаемых (или рассеиваемых) квантов, но и количественно их охарактеризовать, компенсируя эти изменения эквивалентным допплеровским сдвигом частоты квантов при движении источника или поглотителя (рассеивателя) со скоростью порядка нодчас всего несколько микрон/сек. Столь высокая чувствительность обеспечивает возможность наблюдения и количественного описания взаимодействий между электронными оболочками и электрич. зарядом, квадрунольным и магнитным моментами атомного ядра. По виду ЯГР-снектров удается раздельно охарактеризовать общее число -электронов и плотность их облака в районе расположения атомного ядра, участив в валентных связях -, р- и -электронов, взаимодейст- [c.535]

Метод возмущенных угловых корреляций. Основным ограничением ЯГР-спектроскоиии является то, что эффект Мессбауэра удается наблюдать далеко не на всех элементах. Доиолнительные возможности исследования взаимодействия электронных оболочек атомов многих элементов с их ядрами связаны с наблюдением угловых корреляций, т. е. распределений по углам между направлениями вылета последовательно испускаемых ядром Р-частицы и у-кванта или двух у-квантов. Угол между этими двумя направлениями при такой каскадной, многоступенчатой дезактивации ядра не является однозначно заданным, и поэтому вид угловой корреляции проявляется с достаточной надежностью лишь в более или менее длительном эксперименте, при регистрации для каждого заданного угла между направлениями вылета большого числа Py" или у7 Совпадений, обеспечивающего необходимую статистич. (вероятностную) точность измерений. Характер угловой корреляции для голого ядра, лишенного электронных оболочек, онределяется исключительно свойствами ядерных уровней, между к-рыми происходят р- или у-переходы. Взаимодействие квадрупольного и магнитного моментов промежуточного ядра, образующегося после первого (Р- или у-) перехода, с молекулярными и кристаллич. электрическими и магнитными полями приводит (jnpn времени жизни промежуточного ядра 10 ч—10 1 сек) к искажению (возмущению) корреляции, свойственной голому ядру угловое распределение приближается к сферически симметричному. Поэтому вид возмущенных угловых корреляций может быть использован для получения количественной информации о внутримолекулярных полях, о структуре электронных оболочек атомов и молекул. Теория метода возмущенных угловых корреляций развита довольно подробно, но применение этого метода в химич. исследованиях лишь начинается и представляется одной из важных будущих задач Я. х. [c.536]

Эффект открыт в 1958 г. Р. П. Мессабауэром. Под этим названием часто объединяют явления испускания, поглощения и рассеяния у-квантов ядрами атомов без затраты энергии на отдачу ядер. Обычно исследуется поглощение у Излучения, поэтому эффект Мессбауэра часто называют также -у-резонансной спектроскопией (ГРС). [c.273]

Интересным объектом исследования является ферромагнитная шпинель СиСггТе4, поскольку эффект Мессбауэра здесь можно наблюдать на изотопе Те , т. е. на ядрах аниона. Спектр ядер Те , полученный при температуре жидкого азота [131], состоял из двух сильно уширенных линий, в результате разложения которых получен шестилинейный зеемановский спектр со значением Я Ге=148 5 кэ. Предполагается, что это магнитное поле на ядрах диамагнитных атомов теллура возникает вследствие спиновой поляризации 5о-электронов Те , воз пикающей за счет ковалентной связи с магнитны.ми катионами. Существование магнитного поля на ядрах Те в шпинели СиСг2Те4 подтверждается также измерениями ЯМР [132], из-которых найдено 180 кэ. [c.50]

По этой причине спектроскопия Мессбауэра в принципе пригодна для изучения происходящих при сольватации изменений. Однако ее практическое применение в значительной степени ограничено тем, что эффект Мессбауэра обнаруживается только для веществ в твердом состоянии, когда мессбауэровские ядра настолько прочно зажаты в кристаллической рещетке, что возможно испускание и поглощение у-лучей без отдачи. [c.135]

Исследование ферритовых систем с помощью эффекта Мессбауэра позволяет, с одной стороны, получать информацию об изменении локального окружения присутствующего в составе феррита резонансного ядра атома железа Ре с другой — судить о соотношении ионов Ре24- и Ре +. Подобные исследования имеют также практическое значение, так как их результаты могут быть положены в основу разработки оптимальной технологии производства ферритов. [c.219]