Spectroscopie Mössbauer

Spectroscopia Mössbauer (din germană  Mößbauerspektroskopie ) - o metodă de rezonanță gamma nucleară , bazată pe efectul Mössbauer , care constă în absorbția rezonantă fără recul de către un nucleu atomic de radiații gamma monocromatice emise de o sursă radioactivă .

Metoda rezonanței gamma nucleare este utilizată în știința materialelor fizice, geologie [1] , chimie și biologie.

Esența metodei

În spectroscopia Mössbauer de absorbție (cel mai frecvent utilizat tip de metodă), proba absorbantă este scanată de cuante gamma emise de fier excitat -57 ( 57 Fe), iridiu-191 ( 191 Ir) sau alt izotop Mössbauer. În spatele absorbantului se află un detector, care măsoară coeficientul de absorbție al razelor gamma de către probă. Proba trebuie să conțină aceleași nuclee ( 57 Fe, 191 Ir etc.). Nucleele excitate din sursă sunt create de dezintegrarea izotopului radioactiv corespunzător (de exemplu, 57 Co transformându-se într-o stare excitată de 57 Fe).

În condiții normale, un nucleu care emite o rază gamma dobândește un impuls de recul datorită legii conservării impulsului , deoarece raza gamma duce impulsul. Miezul absorbant, după ce a capturat gama-cuantica, capătă, de asemenea, un impuls de recul. În consecință, „ajustarea fină” reciprocă a sursei și a absorbantului este oprită cu sutimi de electron volt , ceea ce este foarte mic în comparație cu energia tipică a unei raze gamma (care poate fi de ordinul mărimii de la zeci de keV) . la MeV ), dar extrem de mare în comparație cu lățimea naturală, nivelul dezintegrarii nucleare, care este egal în ordinea mărimii cu eV.

Cu toate acestea, nucleele pot fi încă reglate în rezonanță unul cu celălalt prin plasarea lor într-o rețea cristalină la o temperatură suficient de scăzută. Momentul de recul al nucleului este preluat de rețeaua cristalină a probei și de sursă (adică un obiect macroscopic), ca urmare, deplasarea Doppler a liniilor gamma devine neglijabilă (semnificativ mai mică decât lățimea naturală a linie gamma). Datorită acestei circumstanțe, o mică modificare a vitezei relative a sursei și absorbantului (de ordinul cm/s) permite rezolvarea structurii fine a nivelurilor nucleului, care depinde de mediul său chimic, de dependența de nivelurile de energie din mediul chimic se numește deplasare izomerică.

Dependența coeficientului de absorbție al probei de viteza relativă a sursei și a probei (adică de energia razelor gamma absorbite) se numește spectrul de absorbție Mössbauer. Acest spectru face posibilă aprecierea structurii electronice a unui atom din substanța studiată, a grupurilor chimice care îl înconjoară și a naturii interacțiunilor lor [2] [3] [4] .

Spectrometru Mössbauer

Spectrometrul Mössbauer este conceput pentru a măsura spectrele Mössbauer ale nucleelor ​​izotopilor Mössbauer din diverși compuși chimici, aliaje pentru a determina natura legăturii chimice din probele acestor substanțe.

Spectrometrul constă din trei părți principale: o sursă radioactivă care se mișcă în direcția de la și către probă, un colimator care formează un fascicul paralel de raze gamma din fluxul lor divergent de la sursă, un suport de probă și un detector de radiații gamma. Sursa este de obicei deplasată de o acţionare mecanică electromagnetică, similară în principiu cu un difuzor electrodinamic , care conferă sursei o mişcare sinusoidală oscilativă.

Semnalul de ieșire al detectorului și semnalul vitezei de mișcare sunt transmise unui analizor de puls multicanal modificat, iar numărul canalului analizorului de puls, în care se acumulează numărătoarea din operațiunile detectorului, corespunde vitezei de mișcare, în contrast cu analizoarele de amplitudine a impulsului multicanal, în care numărul canalului corespunde amplitudinii pulsului. Ca urmare a funcționării unui astfel de analizor, dependența absorbției cuantelor gamma de către eșantion de viteza de mișcare sau, ceea ce este același, de energia cuantelor gamma, care se modifică ca urmare a Doppler. efect , se obţine .

Aplicații

Metoda rezonanței gamma nucleare este utilizată în știința materialelor fizice , chimie și biologie (de exemplu, în analiza proprietăților grupurilor care conțin Fe din proteine ). Efectul absorbției radiațiilor este îmbunătățit prin îmbogățirea probei cu izotopi Mössbauer , de exemplu, creșterea conținutului de 57 Fe din hrana animalelor de experiment.

Una dintre aplicațiile impresionante ale acestei metode a fost experimentul lui Pound și Rebka [5] , care în 1960 au măsurat în laborator deplasarea gravitațională a razelor gamma prezisă de relativitatea generală .

Note

1. ↑ Makeev A. B. , Lyutoev V. P., Vtorov I. P., Bryanchaninova N. I., Makavetskas A. R. Compoziție și spectroscopie a xenocristelor de olivină din bazalții toleiitici hawaiani // Note științifice ale Universității din Kazan . Seria: Științe ale naturii. - 2020. - T. 162, carte. 2. - S. 253-273. doi: 10.26907/2542-064X.2020.2.253-273
2. ↑ Weiner, R. Nuclear izomer shift on spectral lines  (nedefinite)  // Il Nuovo Cimento. - 1956. - V. 4 , nr 6 . - S. 1587-1589 . — ISSN 0029-6341 . - doi : 10.1007/BF02746390 . - Cod biblic .
3. ↑ Richard M. Weiner Analogii în fizică și viață, World Scientific 2008.
4. ↑ SL Ruby în Mössbauer Isomer Shifts, editorii GK Shenoy și FE Wagner, North Holland Publishing Company , 1978, p. unu.
5. ↑ Pound RV, Snider JL Efectul gravitației asupra rezonanței nucleare  // Physical Review Letters  : jurnal  . - 1964. - 2 noiembrie ( vol. 13 , nr. 18 ). - P. 539-540 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.13.539 . - Cod .

Link -uri

Dicționare și enciclopedii	mare chinezesc mare chinezesc Mare norvegian Rusă mare
În cataloagele bibliografice	GND : 4170352-2 J9U : 987007546048905171 LCCN : sh85087488 NKC : ph117906