Ядерные изомерные сдвиги

Гамма-резонансная ядерная флуоресценция, т. е, испускание и поглощение -квантов при ядерных переходах без затраты энергии на отдачу ядра, была открыта Р. Л. Мессбауэром в 1958 г. Эффект назван поэтому его именем, как и разработанный метод спектроскопии. Источником излучения и объектом, поглощающим его, являются ядра одного и того же изотопа, соответственно, в возбужденном и основном состояниях. В ядерной физике ядра с одинаковыми зарядами и массовыми числами, но разными энергиями и временами жизни (полураспада) называют изомерами. Бремя жизни изомеров играет огромную роль в гамма-резонансной спектроскопии, определяя ширину линий. Большим достоинством метода является высокая монохроматичность -излучения (узость линии) и высокое спектральное разрешение. Положение резонансного сигнала или так называемый изомерный сдвиг зависит от электронного окружения ядер. Метод мессбауэровской спектроскопии позволяет получить такие же данные о градиенте электрического поля на ядрах, как и метод спектроскопии ЯКР, [c.88]

Б. ЯДЕРНЫЙ ИЗОМЕРНЫЙ СДВИГ В МЕТАЛЛИЧЕСКОМ ЖЕЛЕЗЕ [c.156]

Соединения железа могут быть получены в разных окисленных состояниях, с различной симметрией молекул и во всех возможных магнитных состояниях. Ядерный изомерный сдвиг, квадрупольное взаимодействие и магнитное сверхтонкое расщепление проявляются, часто одновременно, практически во всех мессбауэровских спектрах соединений железа. [c.134]

А. ЯДЕРНЫЕ ИЗОМЕРНЫЕ СДВИГИ В 7ре [c.136]

Выражение для ядерного изомерного сдвига можно записать в виде 6 = F(Z) R/R[ i 0)- p"Jm, (3.2) [c.136]

Две различные линии на рис. 15.2 обусловлены разностями изомерных сдвигов двух различных атомов железа в октаэдрических центрах. Изомерный сдвиг—результат электростатического взаимодействия распределения заряда в ядре с электронной плотностью, вероятность существования которой на ядре конечна. Конечную вероятность перекрывания с плотностью ядерного заряда имеют только 5-электроны, поэтому изомерный сдвиг можно рассчитать, рассматривая это взаимодействие. Следует помнить, что р-, и другие электронные плотности могут оказывать влияние на 5-электронную плотность путем экранирования 5-электронной плотности от заряда ядра. Предполагая, что ядро представляет собой однородно заряженную сферу радиуса К, а 5-электронная плотность вокруг ядра постоянна и задается функцией > (0), разность между электростатическим взаимодействием сферически распределенной электронной плотности с точечным ядром и той же самой электронной плотности с ядром радиуса Я выражается как [c.289]

Какой эффект, увеличивающий электронную плотность на ядре, влияет на относительные энергии основного и возбужденного состояний " Ее и Sn Объясните ожидаемый изомерный сдвиг, исходя из радиусов эффективных ядерных зарядов этих состояний. [c.310]

Изомерный сдвиг 6 может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от знака AR/R. Если эффективные размеры (радиус) возбужденного ядра больше, чем ядра в основном состоянии, т. е. плотность ядерного заряда pe0, то при увеличении 5-электронной плотности на ядре в образце по сравнению с источником, согласно уравнению (V.9), будет наблюдаться положительный сдвиг (-1-6). Обратно, при pe>pg и AR/Rизомерный сдвиг отрицателен (—б) при увеличении s-электронной плотности на ядре в образце Так, для изотопа Fe AR/Rизомерный сдвиг при увеличении s-электронной плотности отрицателен, а для других, приведенных в табл. V.1 элементов, AR/R>0 и при росте s-электронной плотности на ядре изомерный сдвиг будет положительным. [c.120]

Из приведенных примеров следует, что исследование изомерных сдвигов в экспериментах по ядерному гамма-резонансу дает важную информацию о характере химических связей атомов в кристаллической решетке, что является необходимым этапом при проведении структурных исследований твердого тела и создания веществ с заданными физическими свойствами. [c.205]

Изомерный ядерный сдвиг — ядерный аналог двух типов сверхтонкого взаимодействия, наблюдаемых в оптических спектрах свободных ионов, а именно изотопного и изомерного сдвигов. Эти сдви- [c.246]

Известно, что химический сдвиг в спектрах ядерного магнитного резонанса [76], а также динамические характеристики квадрупольных спектров [77] пропорциональны h , т. е. числу 5р-дырок. В табл. 6 приведены значения изомерного сдвига и число 5р-дырок, рассчитанное по спектрам ЯМР и данным о квадрупольном взаимодействии, для иодидов щелочных металлов [42] в этой же таблице указаны значения разностей электроотрицательностей и некоторые другие характеристики этих соединений. На рис. 22 пока- [c.272]

Спектроскопия ядерного гамма-резонанса (мессбауэровская спектроскопия) позволяет обнаружить слабые возмущения энергетических уровней ядер железа окружающими электронами. Этот эффект представляет собой явление испускания или поглощения мягкого у-излучения без отдачи ядер. Интересующий нас ядерный переход с энергией 14,36 кэВ -происходит между состояниями / = % и / = 1/2 мессбауэровского изотопа Те, где I — ядер-ное спиновое квантовое число. Для регистрации спектров Месс-бауэра обычно требуется 1—2 мкмоля Те, содержание которого в природном железе составляет 2,19%. Для белка с молекулярным весом 50 ООО, который связывает 1 атом железа на молекулу, и в отсутствие изотопного обогащения это соответствует весу образца 2,5 г. Рассматриваемые здесь многоядерные белки содержат гораздо больше железа и вполне подходят для исследования методом ядерной гамма-резонансной спектроскопии. Широко исследуются четыре возможных типа взаимодействия между ядром Те и его электронным окружением изомерный сдвиг, квадрупольное расщепление, ядерные магнитные сверхтонкие взаимодействия, ядерные зеемановские взаимодействия. Применение мессбауэровской спектроскопии для изучения железосодержащих белков, относящихся к гемовым и железосерным, обсуждается в опубликованном недавно обзоре [78]. [c.347]

Спектр ядерного гамма-резонанса (спектр Мессбауэра), представляющий собой простой дублет, обусловленный квадрупольным расщеплением, равным 420 мкм/с, с изомерным сдвигом относительно Со в платине, равным 210 мкм/с [110], дает дополнительные аргументы в пользу наличия однородных (по всей вероятности, тетраэдрических) центров, связывающих Ре(П1). [c.357]

В обоих случаях сдвиг пропорционален разности квадратов зарядовых радиусов ядер в основном и возбужденном (изомерном) состояниях. Второе название обусловлено тем, что энергия гамма-кванта меняется в данном случае вследствие различия свойств химических связей в излучателе и поглотителе, определяющего появление отличной от нуля разности Ч (0) — (0) Для наблюдения резонансного поглощения необходимо компенсировать изомерный сдвиг относительным движением источника и поглотителя гамма-квантов со скоростью V = с (б/во). При б > О, т. е. уа > Еуз, надо увеличивать эффективную энергию гамма-квантов, двигать источник или поглотитель навстречу друг другу, в противном случае (б < 0) скорость относительного движения должна быть отрицательной. На рис. 1.17 показаны схематически энергетические уровни и энергии ядерных переходов в источнике излучения и поглотителе для разных знаков изомерных и химических разностей (г )е — [c.45]

Современные исследования эффекта Мессбауэра на включают вопросы, относящиеся к химии, физике твердого тела и ядерной физике. В этой главе обсуждаются в основном химические аспекты данных для неорганических соединений и сплавов олова. Рассмотрены мессбауэровские спектры около 30 неорганических соединений и 20 сплавов. Приводятся параметры спектров, которые дают наибольшую химическую информацию—изомерный сдвиг и квадрупольное расщепление. Изомерный сдвиг позволяет получить сведения об электронной плотности на ядре олова, а квадрупольное расщепление связано с симметрией распределения электронного заряда вокруг атома олова. Изменения этих параметров, когда ядро "Зп находится в различных химических окружениях, можно объяснить на основе изменения гибридизации и степени ионности связей, образуемых атомом олова. Поскольку методы анализа мессбауэровских данных пока еще развиваются, большая часть измерений была проведена на соединениях, для которых полученная информация могла быть сопоставлена с результатами, полученными другими независимыми методами. [c.249]

Прежде чем детально обсуждать изомерные сдвиги, рассмотрим в общих чертах данные по квадрупольному расщеплению. При наличии градиента аксиально симметричного электрического поля квадрупольное сверхтонкое расщепление ядерного уровня определяется выражением [c.253]

В мессбауэровских спектрах редкоземельных элементов наблюдаются и изомерные сдвиги. Обнаруженные в соединениях европия для ядерных переходов в и особенно большие изомерные сдвиги стали в последнее время объектом интенсивного исследования. Полученные результаты интерпретированы как изменение волновой функции s-электронов на ядре и представляют значительный интерес, однако полной ясности еще не достигнуто. [c.337]

Чтобы интерпретировать данные по изомерным сдвигам, необходимо знать результаты, предсказываемые теорией ядра для изменения среднего квадрата зарядового радиуса ядра при мессбауэровском переходе между ядерными уровнями. Это очень интересная проблема, но, к сожалению, в большинстве случаев существующая теория не в состоянии дать надежных сведений в этой области. Здесь особенно важен случай четно-четных ядер, так как можно ожидать, что для них главную роль играет взаимодействие между колебаниями и вращением. Это должно проявиться, например, в центробежном растяжении вращательных состояний, которое в некоторых случаях должно быть очень заметным [3]. [c.339]

Для некоторых у-переходов в области редкоземельных элементов наблюдались большие сдвиги между центрами тяжести спектров различных веществ. Обычно эти изомерные сдвиги интерпретируются как результат изменения от одного вещества к другому плотности электронов в конечном объеме ядра и их влияния на энергию ядерного перехода. Сдвиги, обусловленные различием в энергии тепловых колебаний решетки у различных веществ, обычно относительно малы, и в большинстве случаев ими пренебрегают. [c.356]

Если это справедливо, то ядерная отдача изменяет долю у-лучей, испущенных без отдачи. Возможно, что за различие в величинах f ответственна разница в локальных температурах, создаваемых в металлической или окисной мишени после захвата нейтрона. Весьма вероятно, что для других переходов в редкоземельных ионах с большими сверхтонкими полями (и большими изомерными сдвигами) влияние ядерной отдачи может быть изучено более подробно. [c.394]

Для соединений олова и железа обнаружены линейные корреляции между энергис свя м1 электронов оболочки и мессбауэров-скими изомерными сдвигами (см. 6.7). Установлена также корреляция между ЭСЭ хлора в различных соединениях и частотами ядерною квадрупольного резонанса. [c.262]

К числу наиболее подробно исследованных примеров относится ядерный изомерный сдвиг в [42]. Отличия между изомерными сдвигами в различных соединениях иода определяются в первую очергдь электронной плотностью внешних 55-электронов. Следует отметить, что плотность 55-электронов в области ядра сильно зависит от относительного вклада 5р- и 55-электронов в образование связи атома иода с атомами лигандов. При увеличении числа 5р-электронов общая s-электронная плотность должна уменьшаться вследствие усиления экранирования 55-электронов. Таким образом, электронную конфигурацию иода в соединениях можно представить как 5s 5p>, причем число дырок в 5р-оболочке равно hp = = 6—i/. [c.272]

Отметим, что для соединений олова и железа удалось обнаружить линейные корреляции между энергиями связи электронов оболочки и мёссбауэровскими изомерными сдвигами [53]. Бьша также установлена корреляция связей электронов оболочки хлора с частотами ядерного квадрупольного резонанса [54]. [c.349]

Применение эффекта Мёссбауэра для исследования фазового состава образцов фактически основано на том же принципе, что и рентгенографический фазовый анализ, с той лишь разницей, что в ядерном гамма-резонансе характеристическими величинами для идентификации линий спектра поглощения являются изомерный сдвиг линии поглощения б, квадрупольное расщепление линии АЕ и значение величины внутреннего эффективного поля на ядрах резонансного изотопа. В случае рентгеновских исследований каждому из веществ соответствует определенный набор дифракционных углов отражения (межплоскостные расстояния) и ин- [c.217]

Информация о химической связи с помощью эффекта Ыессбауэра может быть получена из данных по изомерным сдвигам и квадрупольным расщеплениям спектров ядерного гамма-резонанса (ЯГР). Для соединений олова выражение для изомерного сдвига может быть записано в виде [c.51]

Спектральное распределение интенсивности ядерного резонансного рассеяния имеет два максимума, происхождение которых связано со сдвигом между резонансными частотами рассеивателя и источника. Это может быть как изомерный сдвиг, так и сдвиг линий испускания и рассеяния за счет доп.перовской скорости, сообщаемой источнику или поглотителю. Наконец, интерференционный член имеет довольно сложный вид зависимости. Уинтррф (и), которая при т = ( 1 меняет знак. Таким образом, Лцнтерф дает заметный вклад в интенсивность рассеяния при достаточной бли- [c.227]

В спектрах ядерного 7-резонансного поглощения железистосинеродистых солей [1306, 1307, 1317,1405,1406,1408—1410, 1495— 1497, 1499, 1500, 1595, 1621] имеется синглетная линия, характеризующаяся малым изомерныл сдвигом, что обусловлено специфическим строением комплексного цианидного аниона. В ионе [c.158]

Мессбауэровская спектроскопия основана на эффекте резонансной эмиссии и поглощения у-лучей при введении испускающих и поглощающих ядер в матрицу твердого тела (эффект Мессбауэ-ра). Другое название этого метода — ядерная гамма-резонансная (ЯГР) спектроскопия. Резонансный процесс имеет место только при строгом совпадении по энергии ядерных уровней излучателя и поглотителя. Если ядро поглотителя находится в электронном окружении, отличном от ядра источника, то ядерные энергетические уровни уже не идентичны по своему положению, и поглощение может произойти только тогда, когда энергии фотонов будут модифицированы за счет доплеровского эффекта, т. е. за счет относительного поступательного движения ядер. Обычно модифицирование достигается с помощью механических колебаний испытуемого образца относительно источника. Мессбауэровский спектр представляет собой график зависимости числа импульсов зондирующего 7-излучения, регистрируемого после его прохождения через испытуемый образец, от скорости Доплера. Скорость б, при которой достигается максимум поглощения, называется химическим или изомерным сдвигом. Величина сдвига является мерой различия в энергиях возбуждения ядер источника и поглотителя и пропорциональна разности электронных плотностей на ядрах. [c.215]

Спектры ядерного гамма-резонанса (ЯГР) снимались на установке электродинамического типа с постоянным ускорением. Источнике служили двуокись олова и p-Sn. В каждом эксперименте брались одинаковые навески образцов ( 900 мг). Сорбцию проводили из 0,2н раствора Sn lj на фоне 1 нНС1.Использовалась естественная смесь изотопов олова. Спектры образца I с соотношением Sb.-p = 8 1 при различных температурах показаны на рис.1. Каадый из спектров ЯГР представляет собой суперпозицию трех несколько уширенных линий (с шириной спектральной линии Г ), изомерные сдвиги которых(см.табл. 1) позволяют идентифицировать в образце одну форму олова(1У) и две Форш олова(П). Изомерные сдвиги приведены относительно двуокиси олова. Доли различных видов атомов олова определены по площадям соответствующих спектральных линий (с погрешностью + 10 ). Небольшое уширение линий при переходе от комнатной тем ратуры к 77 К связано с незначительным увеличением квадрупольного расщепления (40,20 мм/с). Температурные зависимости долей каждой из [c.52]

Как показывают оценки [76], учет изменения радиального распределения ядерного заряда при возбуждении ядра не вносит существенного изменения в величину (г )е— r )g в выражении (1.77) и не изменяет его характера. Однако учет pi/2-электронов и особенно поляризации электронов атома при изменении углового распределения ядерного заряда приводит к появлению нелинейных изомерных сдвигов, вклад которых в полный изомерный сдвиг может оказаться существенным [76]. В работе [99] утверждалось, что отношение изомерных сдвигов в EUSO4 и Ей (металл) относительно источника излучения ЕигОз зависит от того, какой из возможных мессбауэровских переходов используется [c.52]

Позднее был исследован [131] мессбауэровский спектр монокристалла MgO с большой примесью ионов Fe + (18,3 вес.%). При комнатной температуре наблюдался спектр с квадрупольным расщеплением 0,063 0,0005 см1сек и изомерным сдвигом 0,086 0,0005 см сек относительно Со в меди. Предполагается, что эти величины ядерных взаимодействий получаются в силу того, что ионы железа группируются, образуя вкрапления. Доказательством образования таких кластеров является супернарамагнитное поведение образца магнитными образованиями, вероятно, служат маленькие частицы смешанных ферритов, диспергированных случайным образом в матрице MgO. [c.181]

Очень большие изомерные сдвиги наблюдались в спектрах поглощения без отдачи у-лучей с энергией 22 кэв и Еи с энергиями 97 и 103 кэв в различных соединениях европия 163—65, 73, 75, 76, 78—82]. Результаты, полученные для этих сдвигов, приведены в табл. 8.14. Все сдвиги этой таблицы даны относительно источника или поглотителя ЕигОз (изомерные сдвиги в работе Брикса и др. [69] даны относительно источника ЕиРз, однако, как было обна-)ужено, сдвиг между этим источником и поглотителем ЕигОз очень мал), эольшие величины изомерных сдвигов указывают, что для этих переходов значения б (г ) сравнительно велики, а из ядерных данных известно, что у изотопов, расположенных в периодической системе вблизи Ей, наблюдаются сильные различия между де рмациями ядер в основных состояниях, а также между различными уровнями одного и того же ядра. Изомерные сдвиги для металлического диспрозия и многих его интерметаллических соединений, полученные из мессбауэровских экспериментов с 26 кэв переходом 0у, приведены в табл. 8.10. Во всех мессбауэровских опытах, связанных с другими переходами в редкоземельных элементах, были получены изомерные сдвиги, весьма малые по сравнению с экспериментальной шириной линии. [c.388]