Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
2. Seelmann-Eggebert W., Pfennig G., Miinzel H., Klewe-Nebenius H. Nuklidkarte, 5 Auflage. Munchen: Ger-bash und Sohn Verlag, 1981.
3. Баранов С. А., Кулаков В. M., Шатинский В. M.// Ядерная физика 1969. Т. 7, вып. 4. С. 724—730: 1971, Т. 14, вып. 5. С. 1101—1102.
4. Greenwood R. С., Helmer R. G., Gehrke R. J.// Nucl. Instrum. Methods. 1979. Vol. 159. P. 465.
5. Holden N. E., Martin R. L., Banes I. L.//Pure Appl. Chem. 1984. Vol. 56, N 6. P. 675—702.
Глава 38 МЁССБАУЭРОВСКИЕ ЯДРА
С. С. Якимов, В. М. Черепанов
38.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Эффект Мёссбауэра или ядесный гамма-резонаис (ЯГР) — это бесфононное (т. е. без потерн энергии иа отдачу) излучение или поглощение резонансных Y-квантов ядрами атомов, находящихся в конденсированной среде.
Высокое энергетическое разрешение ЯГР Го/?о** » Ю-10-ь Ю-16 (T0=TiIx)—естественная ширина ядерного уровня; т — среднее время жизни возбужденного ядра; E0=Ee—Eg — энергия Y-перехода между возбужденным е и основным g состояниями ядра) позволяет не только измерять очень малые изменения энергии (порядка 10~10 эВ), но и наблюдать сверхтонкую структуру ядерных уровней, вызванную электрическими и магнитными электронно-ядерными взаимодействиями.
Спектр прошедшего через поглотитель излучения, получаемый обычно в ЯГР при относительном (со скоростью v) движении резонансного источника и поглотителя, обусловлен изменением энергии у-квантов ДE= =E—E0=E0v/c (с — скорость света) в результате эффекта Доплера и определяется выражением
E (t;) = [N (оо) - N (v)]/lN (оо) — Nlb],
где N(oo) — интенсивность вне резонанса; N(v) — интенсивность при относительной скорости v; Nф—не зависящая от V интенсивность фона, определяемая из дополнительного эксперимента. Аналитическое выражение для спектра в случае «тонкого» источника (без самопоглощения) и поглотителя с одиночной линией при условии совпадения в них энергий переходов (см., например, [1]):
• («) = fs Jf(E) { 1 -exp I ~fA"A° <*)]}
где F(E) = [Го/271)] {[? - E0 (1 + v/c)f + (Г0/2)2}"і — для лоренцевой формы линии излучения источника; fs. fA - вероятности излучения И поглощения Y-квантов; Пд, см-2 — число ядер резонансного нуклида на 1 см2; а = (2этс2 /г*/?§)[(?—?0)2+(Г0/2)2]-і — сечение поглощения Y-кванта с энергией Е\ O0= = (2этс2Й 2/?q) [ (2/е+1) / (2/g+1) ]/(1 -h Cr) — сечение при E=E0-, Ig, Ie — спины ядра в основном и возбужденном состояниях; ат — полный коэффициент внутренней конверсии.
Максимальное поглощение е (ч=0) и площадь спектра S даются выражениями:
»(0) = M1- exP (- tA / 2) I0QtA / 2)];
4T
S= J Е (V) dv = (яГ0/2) fs tA X
X exp (- tA / 2) [I0 (іtA /2)+ I1 (іtA / 2)] ,
где I0 И I1 — функции Бесселя нулевого и первого порядков от мнимого аргумента; tА= fАпАа(Е0) — эффективная толщина поглотителя.
Если источник не тонкий, то при учете самопоглощения в нем формула для е(0) приобретает вид [2]:
*«>) = [ fs/ K(Is)] [К (Is) + К (tA) -
-К (tS + 'л)] •
где К(х)=хехр (—x/2)[I0(i х/2) +Ii (i х/2)\, x=ts, tA> ts+tjі; ts=fsnsa(E0), а площадь спектра не зависит от формы линии излучения.
Основными считаются следующие параметры мёсс-бауэровских спектров [3—6].
1054 1. Изомерный (химический) сдвиг 6 мессбауэровской линии, обусловленный разностью радиусов ядра в возбужденном и основном состояниях AR=Re—Rg и разностью плотностей электронов на ядрах поглотителя и источника I^jit(O)I2 и I i|>s(0) I2 соответственно:
® = (O)I2-Ns <р)|*] ,
где A= (4n/5)e2R2ZS(Z)-, е — элементарный заряд; Z — заряд ядра; S(Z) — зависящий от Z релятивистский множитель, протабулированный в [7].
При различии температур источника и поглотителя возникает дополнительный, так называемый температурный сдвиг линии поглощения в результате релятивистского эффекта Доплера второго поряда по v/c:
^=-^(^)/(2^).
где {о2) — средняя квадратическая скорость мёссбау-эровского атома.
В классическом пределе, справедливом при высоких температурах,
Ьг = —E0-3 W/(2 Mc2),
где k — постоянная Больцмана; T — температура; M — масса атома.
2. Квадрупольное расщепление А ядерных уровней, вызванное взаимодействием квадрупольного момента ядра Q с неоднородным электрическим полем q=gradE, описываемым гамильтонианом
где /±=/*±і/ї. Он имеет собственные значения
=i, i—i,...,—/.
Параметр асимметрии имеет вид i]= (Vxx— Vyy)/Vzz, где I Vzz I > I Vxx I > I Vyy I ; Vxx = CfiVIdx*; Vyy = = HPVJdy2', Vzz= cPV/дг2; V — потенциал электрического поля.
В частном случае аксиально-симметричного градиента поля для ядра 67Fe (Ig= 1/2, Ie= 3/2) линия расщепляется на дублет с расстоянием между компонентами
Д =E(3/2, 3/2)—?(3/2, l/2) = eqQ/2,
где </= Vzz — градиент электрического поля.
3. Магнитное расщепление ядерных уровней, вызванное сверхтонким взаимодействием дипольного магнитного момента ядра р, с магнитным полем на ядре Hn, которое создается электронами собственного атома и магнитными моментами соседних атомов, а также поляризованными электронами проводимости [3—6].
Магнитное взаимодействие приводит к полному снятию вырождения ядерных уровней, положения которых выражаются формулой
