Флуоресценция ядерная резонансная

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]

Это обстоятельство имеет решающее значение для изучения процесса резонансного поглощения гамма-квантов, т.е. ядерной резонансной флуоресценции. [c.15]

Основной причиной, препятствующей наблюдению ядерной (гамма) резонансной флуоресценции, является, как мы сейчас увидим, значительно большая величина энергии гамма-кванта (е — 10 10 se) по сравнению с энергией оптического кванта (фотона) (вф — 1 -н 10 эв). [c.10]

Так называют спектроскопию резонансной флуоресценции Y-излучения, которая напоминает оптическую резонансную флуоресценцию с той разницей, что вызвана она переходами между ядерными, а не атомными энергетическими уровнями. В соответствующих условиях эксперимента флуоресцентное Y-излучение характеризуется предельной резкостью линий. Так, например, резонансное 7 излучение Zn имеет полуширину всего лишь 4,8-10 эВ, что составляет примерно 2 10 % энергии Y-кванта, равной 93 кэВ. Для сравнения отметим, что для рентгеновского излучения К-линии Zn ее полуширина составляет <4,7-10 эВ при энергии фотона 8,6 кэВ (соотношение 2 10"), т. е. линия в 10000 раз шире, чем для v-излу-чения. [c.521]

Известно, что для атомов и атомных ядер, участвующих в резонансной флуоресценции, типичные значения средних времен жизни возбужденных состояний составляют по порядку величины 10 —10" сек, что отвечает ширинам линий Г = 10 10 эв. Однако, как указывалось выше, энергия фотонов исчисляется электронвольтами, а энергия ядерных переходов составляет 10 —10 эв. Отсюда следует, что (Г/ео)ат Ю" 10 , а (Г/ео)яд ч-10 . Таким образом, в случае гамма-флуоресценции резонанс оказывается гораздо острее , чем для случая оптической флуоресценции, несмотря на близкие значения величин Г, и для его наблюдения необходимо исключить в эксперименте все явления, которые могут привести к различию резонансных энергий излучающих и поглощающих систем е,, и ё . Если же, напротив, с помощью какого-либо внешнего воздействия изменить энергию ее или Вя так, чтобы их разность заметно превышала Г, резонансное поглощение должно исчезнуть. Примем для простоты, что ео = причем мы имеем возможность контролируемым образом изменять энергию излучаемого кванта ео на неко- [c.11]

В случае атомной резонансной флуоресценции (например, для желтой >-линии натрия табл. 1.1) условию а (ео) п < 1 отвечает п < 10 см в типичном ядерном случае (например,— см. табл. 1.1 —для 23,8 кэв перехода в ядрах [c.12]

Из формулы (1.24) следует, что величина резонансного поглощения, пропорциональная области перекрытия спектров излучения и поглощения, определяется уже величинами t/D и R/D, а не величиной R/Г, как это имело место при учете лишь отдачи [см. формулу (1.15)]. Это обусловливает существенное различие роли, которую играет допплеровское уширение в атомной и ядерной флуоресценции. На рис. 1.5 показано соотношение между энергией отдачи R [c.18]

Таким образом возникает возможность наблюдения ядерной гамма-резонансной флуоресценции на линиях естественной ширины — эффект Мессбауэра (рис. 1.8). Вероятность излучения или поглощения гамма-квантов в твердых телах без возбуждения фононов (вероятность эффекта Мессбауэра) принято обозначать через f или / соответственно. В тех случаях, когда эти процессы реализуются, контуры линий излучения и поглощения с естественными ширинами Г полностью перекрываются (поскольку //А, 1 и Eq = Si), и резонансная флуоресценция проявляется наиболее ярко [см. формулу (1.6) при х = = 0]. Если по каким-либо причинам энергия ядерного перехода в источнике излучения (а следовательно, и энергия гамма-кванта) отличается от энергии перехода ядра в поглотителе на величину х, много большую 2Г, то резонансное поглощение становится исчезающе малым [см. формулу (1.6) при х Э 2Г]. [c.22]

При прохождении фотонов через среду возможны следующие процессы взаимодействия с веществом фотоэлектрический эффект, компто-новское (некогерентное) рассеяние, образование электронно-позитрон-ных пар, томпсон-рэлеевское (когереятное) рассеяние, флуоресценция, тормозное излучение, аннигиляционное излучение, когерентное излучение на молекулах, потенциальное (дельбруковское) рассеяние, томпсоновское рассеяние на ядрах, ядерное резонансное рассеяние, ядерный фотоэффект [33]. Наиболее важными для технологии являются первые три явления. [c.43]

Техника ядерной резонансной флуоресценции начинает разрешать вопрос о том, как замедляются атомы в жидких и твердых телах. Предположим, что ядро испускает у луч, энергия которого равна разности ядерных уровней минус энергия отдачи ядра. Эта потеря энергии на отдачу смеш,ает у Луч до энергии, слишком низкой для осуш,ествления ядерной резонансной флуоресценции при взаимодействии у-луча с поглотителем — идентичным ядром. Однако, если ядро, испускающее у-луч, движется по направлению к поглотителю благодаря предыдущей или у Эмиссии, допплеровское смещение может компенсировать потерю на отдачу, и происходит флуоресценция. Такие измерения флуоресцентного выхода для излучателей в различной окружающей обстановке в соединении со знанием времени жизни возбужденного состояния нри у-раснаде могут дать информацию о протекании процесса замедления [91]. [c.123]

Решающая роль эффектов отдачи в неудачах первых попыток наблюдения ядерной резонансной флуоресценции была впервые отмечена И. Я- Баритом и М. И. Подгорецким [42] в 1946 г. В последующие годы это обстоятельство было принято во внимание и появился ряд работ, в которых отдача частично компенсировалась либо нагреванием источника [c.15]

Подробный обзор домёссбауэровских работ по ядерной резонансной флуоресценции был сравнительно недавно опз бликован Б. С. Джелеповым [43]. Интерес к этим тонким и трудным экспериментам не выходил за рамки нескольких ядерно-спектроскопических лабораторий. Пожалуй, наиболее важным результатом применения ядерной резонансной флуоресценции с компенсацией отдачи явился опыт Гольдгабера, Гродзипса и Саньяра [44], установивших на основании такой компенсации при предшествующем испусканию гамма-квантов ядрами электронном захвате в ядрах [c.15]

Решающая роль отдачи в первых безуспешных попытках наблюдения ядерной резонансной флуоресценции была впервые отмечена Баритом и Под-горецким [8] в 1946 г. В последующие годы это обстоятельство было принято во внимание и появился ряд работ, в которых отдача частично компенсировалась нагреванием источника (например, разогревом i Hg до 1100°) либо очень быстрым (до 8-10 см сек) вращением источника в направлении поглотителя, либо, наконец, использованием импульса, приобретаемого ядром-излучателем в предшествующем гамма-излучению акте радиоактивного распада. Пожалуй, наиболее важным результатом применения ядерной резонансной флуоресценции с компенсацией отдачи явился опыт Гольдгабера и др. [9], установивших на основании такой компенсации при предшествующем испусканию гамма-квантов ядрами электронном захвате в ядрах Eu, что спин нейтрино ориентирован против направления их движения, т. е. что нейтрино являются левовинтовыми частицами. Интерес к этим тонким и трудным экспериментам до 1958 г. не выходил за рамки нескольких ядерноспектроско-пических лабораторий. Подробный обзор домессбауэровских работ по ядерной резонансной флуоресценции был опубликован Джелеповым [10], а затем в сборнике статей под редакцией Зигбана [11]. [c.19]

Элементарные реакции. Для установления М. р. привлекают как теоретич. методы (см. Квантовая химия, Динамика элементарного акта), так и мiioгoчи лeнныe эксперим. методы. Для газофазньк р-ций >io молекулярных пучков метод, масс-спектрометрия высокого давления, масс-спектрометрия с хим. ионизацией, ионная фотодиссоциация, ион-циклотронный резонанс, метод послесвечения в потоке, лазерная спектроскопия-селективное возбуждение отдельных связей или атомных групп молекулы, в т.ч. лазерно-индуцированная флуоресценция, внутрирезонаторная лазерная спектроскопия, активная спектроскопия когерентного рассеяния. Для изучения М. р. в конденсир. средах используют методы ЭПР, ЯМР, ядерный квадрупольный резонанс, хим. поляризацию ядер, гамма-резонансную спектроскопию, рентгено- и фотоэлектронную спектроскопию, р-ции с изотопными индикаторами (мечеными атомами) и оптически активными соед., проведение р-ций при низких т-рах и высоких давлениях, спектроскопию (УФ-, ИК и комбинационного рассеяния), хемилюминесцентные методы, полярографию, кинетич. методы исследования быстрых и сверхбыстрых р-ций (импульсный фотолиз, методы непрерывной и остановленной струи, температурного скачка, скачка давления и др.). Пользуясь этими методами, зная природу и строение исходных и конечных частиц, можио с определенной степенью достоверности установить структуру переходного состояния (см. Активированного комплекса теория), выяснить, как деформируется исходная молекула или как сближаются исходные частицы, если их несколько (изменение межатомных расстояний, углов между связями), как меняется поляризуемость хим. связей, образуются ли ионные, свободнорадикальные, триплетные или др. активные формы, изменяются ли в ходе р-ции электронные состояния молекул, атомов, ионов. [c.75]

Мёссбауэровская спектроскопия (МС) напоминает оптическую резонансную флуоресценцию с той разницей, что вызвана она переходами между ядерными, а не между атомными энергетическими уровнями. [c.383]

Среди методов, используемых для изучения структуры молекул и внутримолекулярных взаимодействий, одним из самых молодых является мёссбауэровская спектроскопия, или ядерная у-резонансная флуоресценция. Этот метод основан на резонансном поглощении и испускании у-квантов атомными ядрами твердого тела. Он получит, вероятно, такое же широкое распространение в области неорганической химии, какое метод ЯМР получил в органической химии. [c.198]

Резонансные переходы в ядрах характеризуются чрезвычайно высокой чувствительностью к малейшим отклонениям от резонансной энергии. Поэтому происходящая — в силу закона сохранения импульса — передача части энергии гамма-кванта на отдачу ядра (подобная затрате части энергии всякого выстрела на отдачу ствола) разрушает резонансные условия. Однако в тех случаях, когда излучающее или поглощающее гамма-квант ядро закреплено в кристаллической решетке, возникает возможность восприятия импульса отдачи уже не отдельным ядром, но всей решеткой, как целым. При этом энергия отдачи — обратно пропорциональная массе излучателя или поглотителя — оказывается несравненно меньше и уже не препятствует осуществлению резонансных условий. В результате становится возможным наблюдение резонансной ядерной гамма-флуоресценции и в таких условиях, когда она необычайно чувстви- [c.6]

Атомные ядра, подобно атомам и молекулам, являются типичными примерами квантовых микросистем, и потому были все основания ожидать, что и для гамма-лучей, испускаемых или поглощаемых при переходах между энергетическими уровнями ядер, будет наблюдаться резонансная флуоресценция. Однако, несмотря на то, что поиски резонансной гамма-флуоресценции начались еще в 1929 г. [40], более двадцати лет они были безуспешными. В дальнейшем же, вплоть до открытия эффекта Мёссбауэра в 1958 г. [17—19], это явление удалось наблюдать лишь в весьма специфических условиях (о которых будет сказано ниже), и потому его наблюдения не получили особенно широкого распространения. В чем же состоит основное различие в условиях наблюдения атомной (оптической) и ядерной (гамма) резонансной флуоресценции. Для ответа на этот вопрос надо прежде всего вспомнить, что всякий возбужденный уровень характеризуется не только величиной резонансной энергии возбуждения Ер, но и своей естественной шириной Г. Эта ширина, связанная со средней продолжительностью жизни возбужденного состояния т соотношением неопределенности Гг = % = = 1,05-10 эрг-сек, определяет необходимую точность настройки для попадания в резонанс. Если возбужденное состояние может распадаться несколькими различными способами (первым, вторым, [c.8]

Очень скоро Мёссбауэр понял смысл полученного им результата, казавшегося на первый взгляд парадоксальным, так как теория новооткрытого эффекта была уже создана двадцатью годами ранее — в работе Лэмба [45], посвященной захвату нейтронов атомами, входящими в состав кристаллических решеток. Однако все эти двад-цатьлетисследователи, работавшие с нейтронами и отлично знакомые с работой Лэмба, не догадывались о возможности непосредственного ее приложения к гамма-флуоресценции, те же, кто занимались резонансным рассеянием и поглощением гамма-квантов, не использовали результатов соседней области ядерной физики. Поучительный пример пагубности слишком узкой специализации [c.16]

Из подобных примеров, близких к аналитическим методам, можно назвать автоионную эмиссию в электрических полях большой напряженности (до 10 в см) и возможность наблюдать отдельные атомы в структуре твердых тел с помощью автоионного микроскопа. Использование резонансного поглощения света органическими соединениями, охлажденными до низких температур (эффект Шпольского), позволило получить квазилинейчатые спектры флуоресценции, что нашло применение в аналитической химии [31. Такие методы, как мёссбауэровская спектроскопия, ядерный магнитый, электронный парамагнитный резонанс отличаются высокой чувствительностью и избирательностью благодаря их резонансным характеристикам. С помощью этих методов может быть исследована структура сложных молекул, определено состояние окисления атомов, изучены процессы комплексообрааования, выявлен характер и определена энергия связи в соединениях. [c.44]

Из рис. 1.5 видно, что в оптическом диапазоне энергий D > / , а следовательно, перекрывание линий излучения и поглощения практически полное. При этом величина D приблизительно на порядок выше типичных значений естественных ширин атомных уровней возбуждения Г (Г/D 1). Так, допплеровское уширение в данном случае приводит лишь к тому, что ожидаемый эффект уменьшается на порядок по сравнению со случаем жестко закрепленных атомов (предэкспоненциальный сомножитель в формуле (1.24) порядка Г/D). Таким образом, в случае оптической флуоресценции отдача практически не играет роли, и резонансное поглощение в максимуме уменьшается лишь за счет допплеровского уширения линий излучения и поглощения. Диаметрально противоположную роль играет допплеровское уширение линий излучения и поглощения для ядерной гамма-флуоресценции. В этом случае (кванты с энергией 10 —10 эв) величины D и R, как это следует из табл. 1.1 и рис. 1.5, оказываются примерно одного порядка величины и притом в тысячи раз больше типичных собственных резонансных ширин Г. Таким образом, при сильном удалении друг от друга линий излучения и поглощения за счет отдачи (R Г) допплеровское уширение уже не препятствует, а, наоборот, способствует резонансной флуоресценции, ибо увеличивается область перекрытия спектров. Для паров олова величины Г/D и R/D (табл. 1.1) равны соЬтветственно 1,5-IO и 0,15. Это приводит к величине ожидаемого эффекта т (0) Ai 10 г)тах, т. С. приблизитсльно на пять порядков выше, чем для линий, смещенных из-за отдачи, но не уширенных из-за эффекта Допплера [c.18]

Поэтому резонансное поглощение на линиях естественной ширины должно было бы практически полностью отсутствовать. Ликвидация отдачи, а следовательно, и возможность наблюдения ядерной гамма-резонансной флуоресценции связаны с взаимодействием ядер в твердых телах. Спектр колебаний атомов в твердом теле (фононный спектр) можно при этом описать на основе картины набора осцилляторов в потенциальных ямах с характеристическими частотами, кратными некоторой частоте (Оа. Переход осциллятора с более высоких уровней на более низкие сопровождается поглощением фононов, т. е. исчезновением их из колебательного спектра кристалла. Противоположный процесс связан с возбуждением (испусканием) фононов, т. е. с появлением их в колебательном спектре. Число фононов данного сорта определяется как строением кристалла, так и его температурой. При предельно низких температурах (Т = 0) в решетке твердого тела происходят лишь нулевые колебания со спектром характеристических частот, который зависит от строения кристалла и может быть охарактеризован некоторой средней энергией колебаний йшср [14]. Пока энергия отдачи ядра при излучении или поглощении гамма-квантов меньше энергии связей атомов в кристаллах (исчисляющейся электронвольтами), разрыва этих связей не происходит. В этом случае все возбуждения, связанные с импульсом отдачи, который неизбежно приобретается ядром при излучении или поглощении гамма-кванта, становятся коллективными. Все осцилляторы остаются в своих потенциальных ямах. Они могут лишь переходить при этом с одного энергетического уровня на другой. Поэтому передачи импульса отдельным осцилляторам не происходит импульс отдачи воспринимается всей решеткой как целым. Однако часть энергии ядерного перехода может передаваться осцилляторам, т. е. расходоваться на возбуждение фононов . Таким образом, разрывается характерная для гамма-перехода в свободном ядре однозначная связь энергии и импульса отдачи. Лишь в том частном случае, когда возбуждения фононов не происходит, т. е. все осцилляторы остаются на тех же энергетических уровнях, подобная однозначная связь восстанавливается — и энергия и импульс делятся теперь между гамма-квантом и кристаллом как целым. Импульс отдачи свободного ядра mv практически равен импульсу отдачи кристалла MV М — масса всего кристалла), но это значит, что энергия отдачи кристалла MV I2 в М1т раз меньше энергии отдачи одиночного свободного ядра, т. е. энергия отдачи 7 криот становится ничтожно малой, гораздо меньше естественной ширины линии Г. В спектрах излучения и поглощения появляются линии, не смещенные по энергии благодаря отсутствию отдачи. Именно эти линии оказываются к тому же неуширен-ными вследствие когерентности электромагнитных волн и интерференционных явлений при 7 = 0. Или иначе для кристалла как целого выполняются и столь жесткие условия, как /Икрист <С г (ШТ) (или / крист < г (Г/е), где е — энергия нулевых колебаний, а поэтому всегда D = < Г). [c.22]

Эффект резонансной ядерной флуоресценции без отдачи, как правило, достаточно ярко проявляется на фоне других нерезонансных процессов взаимодействия гамма-квантов с веществом, когда R % йшср ( ср — средняя частота характеристического спектра кристалла см. ниже) и вдобавок Т < R k. Эти условия налагают определенные ограничения на возможные объекты исследования (ядра и вещества). Даже при наибольших значениях йсоср ( 0,2 эв) величине R 0,5 эв отвечают уже исчезающе малые значения f п f. Между тем при А = 100 величинам R 0,5 эв соответствуют энергии ядерных переходов Ёо > 300 кэв. Так как с уменьшением массы ядра энергия первых уровней возбуждения, как правило, сильно возрастает, то величина R очень сильно растет при переходе от тяжелых ядер к легким. Поэтому вероятность наблюдения эффекта Мессбауэра для легких элементов оказывается чрезвычайно малой. На рис. 1.9 приведена таблица элементов, на которых уже наблюдался эффект Мессбауэра . Наиболее легким из таких элементов является пока калий. Наличие эффекта Мессбауэра для железа, германия, олова, теллура, иода, золота, криптона и ксенона, многих металлов, почти всех лантаноидов, а также ряда актиноидов открывает весьма богатые возможности различных химических исследований, в первую очередь изучения комплексных и элементоорганических соединений. Как будет видно из дальнейшего, в основе таких исследований лежит наблюдение изменений энергии резонансных гамма-квантов под влиянием химических связей атомов излучателей и поглотителей. Для]химиков, конечно, огорчи- [c.23]

К ядерно-физическим методам относится и ядерная гамма-резонансная спектроскопия (ЯГР), или, как ее чаще называют, мёссбауэровская. Эффект Мёссбауэра, открытый в 1958 г., заключается в резонансной флуоресценции (излучение, поглощение и рассеивание) гамма-квантов без отдачи, другими словами, без расхода части энергии на отдачу ядра, излучающего или поглощающего гамма-квант. Это воз.можно, когда ядро закреплено в кристаллической решетке, в этом случае появляется возможность восприятия импульса отдачи всей решеткой, а не отдельным ядром. Создаются условия для регистрации резонансной флуоресценции, очень чувствительной к химической природе ядер-излучателей или поглотителей гамма-квантов. [c.79]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология